تحلیل جریان حول جسم متحرک در فلوئنت- بخش ۱

مقدمه:

ردیابی اجسام معلق و رها شده در فضای بی‌نهایت، یکی از موارد مورد علاقه شبیه‌سازان دینامیک سیالات است.

ردیابی یک چتر باز در آسمان، تخمین مسیر رفت و برگشتی یک بومرنگ، مدل‌سازی حرکت قطرات باران و برف، تحت تاثیر گرانش و یا در وزش باد ، تعیین مسیر یک راکت رها‌ شده در ارتفاعات و در نهایت برخورد یک موشک در آسمان به یک هواپیما، از انواع این شبیه‌سازی‌ها هستند.

شکل ۱- حرکت شش درجه آزادی یک چترباز در آسمان بی‌نهایت

در این بخش از کتاب، حرکت یک درجه آزادی یک گوی رها‌شده در فضای بی‌نهایتی از جنس روغن زیتون، با استفاده از مدل شش‌درجه آزادی (Six Degrees of Freedom) شبکه پویا در نرم‌افزار ANSYS-FLUENT شبیه‌سازی شده است.

با توجه به وزن کم گوی (۱۴ گرم) و در نتیجه آن، سرعت حد (Terminal Velocity) پایین (کم‌تر از ۱m/s) و در نهایت ابعاد گوی، حرکت جسم تماماً در منطقه آرام (Re<10000) قرار می‌گیرد و نیازی به مدل‌سازی جریان آشفته نیست.

تولید هندسه و شبکه

هدف از این بخش، تولید هندسه و شبکه برای کره ‌‌ایست با شعاع ۱ سانتیمتر که در فاصله ۲۰ سانتیمتری از مرز خروجی رها می‌شود.

در فیزیک واقعی، گسترش مرز سیال بیش از مقدار در نظر گرفته شده در این شبیه سازی است، لیکن برای کاهش حجم محاسبات، دامنه حل بر روی مرز پایین قطع و به عنوان مرز آزاد در نظر گرفته شده‌است.

وزن کم کره در مقایسه با ابعاد آن، با هدف قرار دادن کره در شرایط سرعت حد و مقایسه وزن و نیروهای درگ صورت پذیرفته است.

سرعت حد و یا سرعت نهایی، سرعتی است که در آن نیروی درگ وارد بر جسم، مساوی نیروی گرانش وارد بر جسم می‌شود و بنابراین شتاب حرکت صفر و سرعت آن ثابت می‌شود.

تولید هندسه

این فصل پیش از این، با استفاده از نرم‌افزار گمبیت ارائه گردیده‌بود، لیکن با توجه به کاربردهای کمتر آن در شبیه‌سازی‌های امروزی و گسترش استفاده از نرم‌افزار ICEM-CFD، بخش تولید هندسه و شبکه با استفاده از نرم‌افزار ICEM-CFD، مجددا بازنویسی گردید.

جهت آشنایی بیشتر با روش‌های تولید هندسه و شبکه در ICEM-CFD به بخش مقدماتی کتاب مراجعه فرمایید.

تولید مدل با ایجاد یک کره به شعاع ۱ سانتیمتر آغاز می‌شود.

Geometry ——> Create/Modify Surface ——> Standard Shapes ——> Sphere

تیک Radius را زده و مقدار پیشفرض ۱ را باقی می‌گذاریم.

سپس در اطراف آن، یک استوانه عمودی به شعاع ۲ سانتیمتر و ارتفاع ۴ سانتیمتر تولید می‌شود.

ابتدا بایستی از مسیر زیر نقاط مرکزی دو سطح مقطع دایروی استوانه تولید شوند.

این استوانه در فضای فیزیکی وجود ندارد و جهت حفظ کیفیت شبکه در اطراف کره در نظر گرفته شده است.

با استفاده از شرایط مرزی Interface و Interior، حضور استوانه در نتایج شبیه‌سازی بی‌اثر خواهد بود و توسط جریان دیده نمی‌شود.

Geometry ——> Create Point ——> Explicit Coordinates

X=0, Y=2, Z=0 / X=0, Y=-2, Z=0

نمایش نقاط را از درخت طراحی فعال می‌کنیم:

Geometry ——> Points

نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی

برای مشاهده رزومه مدرس کلیک کنید