دینامیك سیالات محاسباتی با ++FLO

شنبه 11 خرداد 1392  12:06 ق.ظ

نوع مطلب :معرفی کتاب ،

دینامیك سیالات محاسباتی با FLO ++

ناشر: اندیشه‌سرا

نویسنده: حامد منصف

قطع: رحلی

تعداد صفحه: 176

بها: 10500 تومان

شابك: 9786005716122

رده‌بندی دیویی: 1064/620

رده‌بندی كنگره: 8م4ن/5/357 TA


مرکز پخش: 66966925

مقدمه مؤلفین

امروزه دینامیك سیالات محاسباتی (CFD) یكی از روش‌های پركاربرد در علوم مهندسی و صنعتی است. این روش با استفاده از متدهای عددی موجود به حل معادلات پیوستگی، مومنتوم، انتقال حرارت و انتقال جرم حاكم بر یك جریان سیال می‌پردازد. مشكل بزرگ این روش حجم عظیم اطلاعات در یك محدوده كوچك جریان به علت پیچیدگی معادلات حاكم بر آن می‌باشد كه این مشكل با پیشرفت روز افزون كامپیوترها كم‌رنگ شده است. نرم‌افزار Flo++ یك حل‌كننده CFD است كه بر اساس زبان برنامه‌نویسی C++ نوشته شده و توابع آماده‌ای جهت مدلسازی و حل معادلات حاكم بر جریان سیال دارد. برای مدلسازی یك جریان در این نرم‌افزار ابتدا باید هندسه مدل را بوجود آورده و آن‌ را شبكه‌بندی نمود. در مرحله بعد شرایط مرزی تعیین و مشخصات مواد موجود در مدل مشخص می‌شود. پس از تعریف كنترل كننده‌های حل و شرایط اولیه مسأله، حل‌كننده Flo.exe می‌تواند مسأله را حل ‌نماید. بعد از اتمام این مراحل می‌توان مقادیر عددی نتایج مانند فشار، دما و سرعت را در تمام نقاط هندسه مشاهده نمود، همچنین امكان چاپ مقادیر عددی نتایج در بازه‌های زمانی متفاوت نیز در برنامه فراهم ‌شده است.

كتاب حاضر در شش فصل آماده شده تا نحوه مدلسازی مسائل سیالاتی با این نرم‌افزار را آموزش دهد. در فصل اول مقدماتی در مورد دینامیك سیالات محاسباتی و نرم‌افزار Flo++ ارائه شده. در فصل دوم دستورات قابل اجرا در نرم‌افزار به ساده‌ترین روش توضیح داده شده‌اند تا خواننده بتواند با توجه به این دستورات مسأله خود را مدلسازی نماید. فصل سوم خلاصه‌ای از قوانین مورد استفاده در معادلات حاكم بر جریان سیال شرح داده شده‌اند تا كاربر از چگونگی استفاده از روش‌های حل بی اطلاع نباشد. فصل چهارم، روش‌های مشاهده نتایج حاصل از حل مسأله را بیان می‌نماید تا بتوان مقادیر متغیرهای جریان را با توجه به نیاز مسأله نمایش داد. برای سهولت كاربر در استفاده ‌از نرم‌افزار، بعضی از دستورات در منوی برنامه قابل دسترسی هستند كه توضیحات مربوط به این منوها در فصل پنجم آورده شده‌اند. در فصل ششم نیز 7 مثال كاربردی مورد بررسی قرار گرفته كه در آن دستورات مدلسازی به صورت خط به خط توضیح داده شده‌اند تا خواننده با چگونگی استفاده از دستورات در هنگام مدلسازی بیشتر آشنا شود.

مقدمه

مقدمه‌ای بر دینامیک سیالات محاسباتی و نرم‌افزار Flo ++:

فرآیند‌های جریان سیال و انتقال حرارت در صنعت معمولاً امری پیچیده محسوب می‌شوند. این به علت طبیعت پیچیده‌ی سیالات و پارامترهای بسیاری است که بر آن تاثیر می‌گذارد. برخی از این پارامترها عبارتند از تراکم‌پذیری، آشفتگی، ناپایا بودن، تاثیرات مومنتوم، شناوری و جنبه های دیگر سیالات مختلف. طبیعت پیچیده سیالات، باعث پیچیده شدن آنالیز یک فرآیند جریان خواهد شد و برای بررسی آن به برخی روش‌های خاص نیاز است. به طور کلی برای بدست آوردن وضعیت سیال در شرایط خاص می‌توان از بررسی تجربی یا حل تحلیلی استفاده كرد اما این روش‌ها بسیار پر هزینه، تقریبی و گاهاً غیر ممكن هستند. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یكی دیگر از روش‌های حل و مدلسازی مسائل سیالاتی است كه از خصوصیات این روش می‌توان به ارزان، دقیق، سریع و قابل اطمینان بودن اشاره نمود.

با استفاده از CFD  می‌توان فرآیندهای جریان سیال و انتقال حرارت را توسط رایانه شبیه‌سازی و نتایج را بر روی نمایشگر آن مشاهده نمود. فرآیند شبیه‌سازی ریاضی، با جداکردن معادلات و سپس حل آن‌ها در یک شبکه مناسب که محدوده‌ی جریان را پوشش می‌دهد انجام می‌گیرد. نتایج یک شبیه‌سازی شامل همه‌ی متغیرهای مرتبط مانند سرعت‌ها، فشارها، دماها، چگالی‌ها و غیره می‌باشد. مزایای منحصر به فرد استفاده از  CFDرا می‌توان به صورت زیر خلاصه کرد:

·        کاهش قابل توجه هزینه طرح های جدید

·        توانایی مطالعه سیستم‌هایی که انجام آزمایشات کنترل شده بر روی آن دشوار است

·        قابلیت مطالعه سیستم‌های پر خطر در سطح عمل‌کرد معمول آن‌ها

·        جزئیات نتایج نامحدود و گزینه‌های بیشتر برای بررسی

استفاده از CFD برای حل مسائل صنعتی جریان سیال و انتقال حرارت در دهه‌ی  اخیر به طور چشمگیری افزایش یافته است. این روند به خاطر بهبود روش‌های ریاضی، معرفی رابط‌های با کاربرد آسان و در دست‌رس بودن سخت‌افزار کامپیوتری با کارکرد بالا و مناسب است. در گذشته استفاد از CFD محدود به سازمان‌ها و موسساتی بود که استطاعت تامین هزینه‌ی فن‌آوری را داشتند اما امروزه در دست‌رس بودن کامپیوترهای قدرتمند، فن‌آوری CDF را در دست‌رس هر مهندس و آنالیز‌کننده‌ای قرار داده است.

مقدمه‌ای بر توانایی‌های نرم‌افزار Flo ++:

نرم افزار Flo++ با استفاده از روش CFD قادر است گستره وسیعی از كاربردهای صنعتی و غیرصنعتی را مدل كند. از میان این كاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره كرد:

·    ایرودینامیك (Aerodynamics): ایرودینامیك هواپیماها و ماشین‌ها، هیدرودینامیك كشتی‌ها، جریان در مجاری توربین، طراحی ورودی موتورهای مافوق صوت

·    مكانیك (Mechanical): جریان در مجاری، تهویه معادن، تهویه مطبوع، مبدل‌های حرارتی، سرمایش افشانكی، طراحی ورودی موتور، پمپ‌های سانتریفیوژ

·       الكترونیك (Electronic): سرمایش قطعات، سرمایش ریز مدارها

·       شیمیایی (Chemical): مخلوط چندگاز، واكنش‌های شیمیایی، جریان در بسترهای بسته، افشانك‌های خشك كننده

·    محیطی (Environmental): بار ناشی از باد بر ساختمان‌ها، حركت دود، پراکنده کردن مواد آلوده‌کننده و فاضلاب، پیش‌بینی هوا، بررسی خطر آتش

·       پزشكی (Biomedical): جریان خون در میان سرخرگ‌ها و سیاه‌رگ‌ها

در ادامه با ذكر مثال‌هایی، كاربرد این نرم‌افزار در مسائل مهندسی و صنعتی نشان داده خواهد شد:

1- فن جریان متقاطع: این مثال توانایی نرم‌افزار در مدلسازی مسائل مربوط به ماشین‌های سیالاتی متحرك را نشان می‌دهد. تصویر سمت راست شبكه‌بندی مدل و تصویر سمت چپ نتایج حاصل از مدل‌سازی برای سرعت سیال در توربو ماشین را نشان می‌دهد.

2- واكنش شیمیایی: Flo++ یك چهارچوب كلی برای حل مخلوط گازهای شامل واكنش شیمیایی ارائه می‌دهد. مثال پایین (تصویر سمت راست) یك محفظه احتراق استوانه‌ای را نشان می‌دهد كه در آن سوخت و هوا به داخل محفظه پاشیده می‌شوند. تصویر سمت چپ نیز پروفایل دمایی در هنگام واكنش را نمایش می‌دهد كه از نتایج حاصل از مدل‌سازی به دست آمده است.

3- گرمایش مغناطیسی: امكان جدیدی كه به Flo++ اضافه شده، راه‌حل‌هایی در زمینه‌های الكتریكی و مغناطیسی است. مثال زیر چگونگی انتقال حرارت در رسانای الكتریكی را نشان می‌دهد. در این مثال دمای محیط، جریان الكتریكی و گرمایش مغناطیسی به عنوان منابع حرارتی در نظر گرفته ‌شده‌اند.

اشكال زیر چگونگی قرار گرفتن لایه‌های مختلف رسانا را كه در جهت مخالف به دور هم پیچیده شده‌اند (شكل سمت چپ) و همچنین هوای محاصره شده بین رشته های رسانا (شكل سمت راست) را نشان می‌دهند.

تصاویر زیر نیز چگونگی شبكه‌بندی مدل (سمت راست) و همچنین پروفایل دمایی رسانا بعد از عبور جریان را نشان می‌دهند. در شبكه‌بندی نشان‌داده شده، سلول‌هایی كه هم‌پوشانی داشته‌اند با هم كوپل شده‌اند.

4- پمپ رفت و برگشتی: این مثال توانایی Flo++ را در كاهش یا افزایش شبكه‌های دینامیكی در مدل نشان می‌دهد. همان‌طور كه در شكل پایین نشان داده شده است در نقطه مرگ پایین سوپاپ سمت چپ باز و سوپاپ سمت راست بسته است و در نقطه مرگ بالا وضعیت سوپاپ‌ها برعكس حالت قبل می‌باشد. تصویر چگونگی شبكه‌بندی دوبعدی سیلندر را نشان می‌دهد. تفاوت در رنگ سلول‌ها نشان‌دهنده لایه‌های متفاوت اضافه شده یا حذف شده در مسیر مدل‌سازی است.

تصاویر زیر نیز بردارهای سرعت سیال را در دو موقعیت متفاوت پیستون نشان می‌دهند.

5- سطح آزاد: مثال شكست سد، توانایی Flo++ را در كاربردهای سطح آزاد نشان می‌دهد. روش استفاده شده برای این‌گونه مسائل روش CICSAM  است كه طرحی با رزولوشن بالا و مناسب برای ضبط یك‌نواخت توابع مرحله‌ای در مسائل چند‌بعدی است. تصویر زیر نتایج مدل‌سازی شكست سد در مراحل زمانی متفاوت را نشان می‌دهند.

 




نوشته شده توسط: بهزاد پاکروح | آخرین ویرایش:جمعه 4 مرداد 1392 | نظرات() 


شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic