مهندسی دریا

مهندسی دریا چیست؟

یک مهندس دریا پس از تحصیل در رشته مهندسی دریا (همچنین به عنوان مهندسی دریانوردی شناخته می شود) مسئول عملیات، نگهداری و تعمیر کلیه تجهیزات مکانیکی و مهندسی اصلی در کشتی است. مکانیک نیروی محرکه، سیستم‌های تولید برق و نیرو، روغن‌کاری، سیستم‌های سوخت، تقطیر آب، روشنایی و سیستم‌های تهویه مطبوع تنها تعدادی از سیستم‌های مکانیکی هستند که به اجرای هر کشتی کمک می‌کنند.

افرادی که در رشته مهندسی دریا (مهندسی دریانوردی) تحصیل کرده اند وظایف مختلفی از جمله نظارت و نگهداری سیستم مکانیکی را بر عهده دارند. به هر مهندس ماشین آلات و روش های تخصصی برای نگهداری و نظارت اختصاص داده شده است. همه مهندسان مسئول سیستم ماشین آلات خود هستند و هر مهندس باید از عملیاتی بودن تجهیزات خود اطمینان حاصل کند. مهندسان دریایی مسئولیت تعمیر و نگهداری ماشین آلات عرشه را نیز بر عهده دارند و در بخش موتورخانه نیز باید این اطمینان حاصل شود که برنامه تعمیر و نگهداری تمام سیستم های مکانیکی به خوبی پیش میرودفثففف.

مهندسی دریا نوعی مهندسی است که با طراحی، ساخت، بهره برداری و نگهداری کشتی ها، قایق ها، ساختمان های زیر آب و سایر کشتی ها و سازه هایی که در آب استفاده می شوند، سروکار دارد. مهندسان دریایی وظیفه دارند از ایمن، مؤثر بودن و مفید بودن این کشتی ها و ساختمان ها برای محیط زیست اطمینان حاصل کنند.

مهندسی دریا رشته وسیعی است که شامل طراحی دریایی، مهندسی مکانیک، مهندسی برق و علم مواد و بسیاری دیگر می شود. مهندسان دریایی روی طیف وسیعی از پروژه‌ها کار می‌کنند، از طراحی کشتی‌های جدید و سکوهای دریایی گرفته تا نگهداری و تعمیر کشتی‌ها و سکوهایی که در حال حاضر در حال استفاده هستند.

برخی از مهمترین بخشهای مهندسی نیروی دریایی عبارتند از:

– طراحی و ساخت کشتی: مهندسان دریایی روی طراحی و ساخت کشتی‌ها و قایق‌های جدید کار می‌کنند تا از قابلیت دریا، کارآمدی و ایمن بودن آنها اطمینان حاصل کنند.

– سیستم‌های محرکه: مهندسان دریایی وظیفه توسعه و کارکرد موتورها، تیغه‌ها و سایر قسمت‌هایی را بر عهده دارند که کشتی‌ها و قایق‌ها را به حرکت در می‌آورند.

– سیستم های الکتریکی: مهندسان دریایی همچنین بر روی موتورهای کشتی ها و قایق ها، سیستم های توزیع و سیستم های کنترل کار می کنند که همگی بخشی از سیستم های الکتریکی هستند.

– ایمنی و محیط زیست: وظیفه مهندسان دریایی این است که اطمینان حاصل کنند که کشتی ها و قایق ها از استانداردهای ایمنی و زیست محیطی مانند قوانین مربوط به جلوگیری از آلودگی و داشتن تجهیزات ایمنی مناسب برخوردار هستند.

به طور کلی، مهندسی دریا یک شغل دشوار است که نیازمند درک قوی مفاهیم مهندسی و استفاده از چالش‌ها و فرصت‌های منحصر به فردی است که محیط زیست دریایی ارائه می‌دهد.

چگونه می توان از شبیه سازی CFD در صنایع مهندسی دریایی استفاده کرد؟

 دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به روشی جذاب برای دستیابی به بینشی عمیق در مورد خواص هیدرودینامیکی سیالات تبدیل شده است و از پیشرفت‌های سریع در محاسبات با کارایی بالا عبور می‌کند. CFD، به ویژه رویکردهای CFD مبتنی بر RANS، از معادلات Navier-Stokes برای شبیه‌سازی جریان سیال و در عین حال محاسبه ماهیت غیرخطی آن استفاده می‌کند که از نظر مدل سازی فیزیکی، این یک رویکرد جامع است و فرآیند شبیه سازی را بسیار دقیق می کند، اما از نظر محاسباتی نیز در مقایسه با ابزارهای مهندسی معمولی هزینه بر، و نیازمند بکارگیری افراد مجرب است.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یک تکنیک مهندسی انعطاف پذیر و قدرتمند است که ممکن است سطوح جدیدی از جزئیات را برای پدیده های مختلف جریان ارائه دهد. سازمان های بیشتری در حال حاضر خدمات مشاوره ای را ارائه می دهند که شامل شبیه سازی برای شرکت های طراحی می شود. این یک چیدمان فوق العاده است و کاملاً با مفهوم تقسیم کار مطابقت دارد. هزینه، کیفیت و سرعت این خدمات همگی در حال بهبود هستند و اکنون در مراحل اولیه طراحی به کار گرفته می شوند.

برای ذکر چند مورد، تاثیرات شدید موج، بارهای دریای سبز، کوبیدن، سرازیر شدن، آبگیری، سیل، درشت نگه داشتن، و مانور را ذکر می کنیم. جهانی بودن این روش، کیفیت CFD است که به آن اجازه می دهد در چنین کاربردهای متنوعی استفاده شود. در ابتدایی‌ترین سطح خود، CFD هیچ فرضی در مورد پدیده‌های جریان مورد بحث، مانند مفروضات شیب موج، ارتفاع سطح آزاد تک مقدار، جریان غیر چرخشی، تغییرات کوچک در سطح مرطوب‌تر بدنه و غیره ندارد. در نتیجه، این رویکرد ممکن است برای حل طیف وسیعی از مسائل مورد استفاده قرار گیرد.

شبیه سازی CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) ابزار مفیدی است که می تواند در بسیاری از زمینه های مهندسی نیروی دریایی استفاده شود. در اینجا چند راه وجود دارد که مهندسی دریایی می تواند از شبیه سازی CFD استفاده کند:

– بارهای موج و حرکات: مدل سازی CFD را می توان برای کشف چگونگی تأثیر امواج بر کشتی ها و ساختمان ها در آب های فراساحلی استفاده کرد. این می تواند به سازندگان کمک کند تا ساختمان هایی بسازند که بتوانند در برابر نیروهای امواج و جریان ها مقاومت کنند.

– مزارع بادی فراساحلی: مدل سازی CFD را می توان برای مطالعه چگونگی تأثیر باد بر پره های بادی فراساحلی و ساختارهایی که آنها را نگه می دارد مورد استفاده قرار داد. این می تواند به سازندگان کمک کند تا ساختمان هایی بسازند که بتوانند در برابر نیروهای باد و آب مقاومت کنند.

– سیستم های انرژی دریایی: مدل سازی CFD را می توان برای آزمایش عملکرد سیستم های انرژی دریایی مانند آسیاب های جزر و مدی و مبدل های انرژی موج استفاده کرد. این می تواند به مهندسان کمک کند تا نحوه کار این سیستم ها را بهبود بخشند و با کارآمدتر کردن آنها انرژی بیشتری تولید کنند.

– CFD در شبیه سازی مخازن بکسل:
از زمان راه اندازی اولین حوضچه کشتی های تجاری در سال 1883 تانک های بکسل به معماران نیروی دریایی راه قابل اعتمادی برای تخمین عملکرد کشتی در دریا داده اند. مدل‌های کشتی خودکششی برای تعیین مقدار نیرویی که موتور برای رسیدن به سرعت مشخص شده در قرارداد کشتی‌سازی و مالک کشتی نیاز دارد، استفاده می‌شود. راکتورهای شیمیایی ممکن است با استفاده از الگوهای جریان سیال CFD و میدان‌های دما طراحی شوند و با استفاده از معادلات بقای متعدد مربوط به حرکت سیال و انرژی قابل تقریب باشند.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مدت‌هاست که به‌عنوان یک جایگزین مناسب برای آزمایش تانک تبلیغ می‌شود، و یک مدل «عددی» را ارائه می‌دهد که در تئوری می‌تواند خیلی زودتر در مرحله طراحی مورد استفاده قرار گیرد و جریانی از داده‌های مهندسی را در اختیار معماران دریایی قرار دهد. برای تأثیرگذاری و بهبود طراحی CFD همچنین دارای مزیت متمایز ارائه نتایج دقیق بدون توجه به مقیاس مورد استفاده برای محاسبه آنها است.

با ارائه یک طراحی دقیق تر و کارآمدتر که نیاز به بازنگری های کمتری برای برآورده کردن تعهدات قراردادی دارد، شبیه سازی CFD میتواند برای کاهش حجم و هزینه آزمایش مخزن بکسل فیزیکی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین یدک کشی CFD به طور کامل جایگزین تانک ها در برخی از زمینه های تجارت شده است، مانند طراحی کشتی های با کارایی بالا که در مسابقات جام آمریکا شرکت می کنند.

روش‌های پیش‌بینی دائماً در حال توسعه و اصلاح هستند تا تأثیر امواج بر تخمین‌های سرعت نیرو و در نتیجه مصرف انرژی مرتبط با نیروی محرکه را در نظر بگیرند. ظرفیت رسیدگی به اشکال متغیر و اطلاعات دقیق در مورد میدان‌های جریان دور و نزدیک به بهبود بدنه برای طراحی کارآمدتر یا جدید کمک زیادی می‌کند.

به طور کلی، مدل‌سازی CFD ابزار قوی‌ای است که می‌تواند به مهندسان دریایی کمک کند کشتی‌ها، ساختمان‌های فراساحلی و سیستم‌های انرژی دریایی را بسازند که بهتر کار کنند و کارآمدتر باشند. با مدل‌سازی نحوه رفتار سیالات در محیط‌های دریایی، مهندسان می‌توانند درباره نحوه تعامل آب، هوا و سازه‌ها با یکدیگر اطلاعات بیشتری کسب کنند. با این دانش می توانند طراحی و عملکرد سیستم های دریایی را بهبود بخشند.

خدمات انسیس فلوئنت در صنایع مهندسی دریایی

انسیس فلوئنت پروژه های شبیه سازی برون سپاری متعددی را برای کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی مهندسی دریایی انجام داده است و با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده پیکربندی های شبیه سازی می باشد.

 در اینجا برخی از محبوب ترین خدمات CFD مورد استفاده در صنعت مهندسی دریایی آورده شده است:

– بهینه سازی طراحی بدنه و زیردریایی
از خدمات CFD می توان برای بهبود شکل و فرم بدنه کشتی، از جمله قرار دادن قطعاتی مانند سکان و پروانه استفاده کرد. این می تواند به کاهش درایو کمک کند و باعث شود خودرو کمتر بنزین مصرف کند. این شبیه سازی در مورد بهینه سازی طراحی یک زیردریایی با استفاده از حل الحاقی (روش RBF) و نرم افزار ANSYS Fluent است. وقتی یک سازه با سرعت معینی در یک سیال پیوسته حرکت می کند، سیال بدنه آن را می کشد. به عنوان مثال، هنگامی که یک زیردریایی از آب عبور می کند، دریا نیرویی را بر بدنه زیردریایی وارد می کند. نیروی کشش نیروی مهمی برای مطالعه است. این نیرو به صورت افقی و در خلاف جهت حرکت زیردریایی به بدنه زیردریایی وارد می شود. بنابراین، این نیرو حرکت زیردریایی را دشوارتر می کند. به همین دلیل، این مطالعه به بررسی نیروی کشش در زیردریایی پرداخته است. هنگام طراحی و ساخت زیربناها، نیروی کشش باید در نظر گرفته شود و بسته به شکل و اندازه زیردریایی، نیروی کشش را می توان کاهش یا افزایش داد.

با فرآیند برنامه ریزی، از مطالعه CFD نیروی کشش در زیردریایی برای یافتن یک شکل خوب استفاده می شود. راه های زیادی برای بهتر کردن فرم بدنه وجود دارد. برای بهینه سازی هندسی، برنامه ANSYS Fluent از ابزاری به نام حل کننده الحاقی استفاده می کند. با استفاده از روش حل، این ابزار می تواند تغییراتی در اندازه گیری های هندسه هدف ایجاد کند و تا زمانی که بهترین شکل پیدا شود ادامه می یابد.

در این مطالعه، نیروی کشش با استفاده از یک فرآیند بهینه‌سازی مبتنی بر حل‌کننده الحاقی کاهش می‌یابد. با ابزار حل الحاقی فرآیند بهینه سازی در سه مرحله انجام می شود. ابتدا مدل سازی در حالت عادی با نرم افزار Ansys Fluent و یک شکل ساده برای یک زیردریایی انجام شده است. در مرحله دوم، یک مقدار هدف تنظیم شده و از راه حل الحاقی استفاده می شود. (نیروی کشش). راه حل الحاقی مشخص می کند که چه قسمت هایی از شکل زیردریایی بیشتر تحت تأثیر نیروی کشش قرار می گیرد. با این کار می توانید بفهمید که کدام تغییرات هندسه در کدام بخش از هندسه منجر به بهبود هندسی می شود. در مرحله سوم، فرآیند بهینه سازی بر اساس درصد تعیین شده برای کاهش ارزش هدف انجام میشود. (نیروی کشش).

– تجزیه و تحلیل سیستم محرکه یک پروانه قایق
از خدمات CFD می توان برای بررسی عملکرد موتور، ملخ و موشک ها در سیستم محرکه کشتی استفاده کرد. این می تواند به مهندسان کمک کند تا طراحی این قطعات را بهبود بخشند تا بهتر کار کنند و سوخت کمتری مصرف کنند. در این پروژه از نرم افزار ANSYS CFX برای مدل سازی چرخش ثابت یک پروانه قایق استفاده شده است. پروانه گشتاور را که نیرویی است که چیزی را به چرخش در می آورد تغییر می دهد و به قدرت می رساند. هنگامی که یک ملخ می چرخد، آب از پشت و پایین در پشت پره ها حرکت می کند. این باعث می شود که تیغه ها آب را به سمت جلو فشار دهند. هر تیغه شکل خمیده خاصی دارد که به حرکت آب در پشت و پایین هنگام چرخش کمک می کند که این کار را مانند یک فویل و سپس بیرون کشیدن آب از پشت انجام می دهد.

– تحلیل ساختاری خطوط لوله دریایی
از خدمات CFD می توان برای فهمیدن اینکه چگونه امواج و جریان ها بر لوله های نفت تأثیر می گذارد استفاده کرد. این اطلاعات می تواند به سازندگان کمک کند تا ساختمان هایی بسازند که بتوانند در مقابل نیروهای دریا مقاومت کنند. نرم افزار ANSYS Fluent برای مدل سازی جریان آب دریا در اطراف لوله های دریایی در این مورد استفاده می شود.در واقع هدف از این مطالعه بررسی اثر نیروهای کشش و بالابر ناشی از حرکت امواج اقیانوس بر روی لوله های دریایی است. بنابراین این لوله های ارتباطی باید در بهترین مکان ممکن قرار داده شوند تا بتوانند نیروهای هیدرودینامیکی کمتری را تحمل کنند.

از آنجایی که آب دریا به صورت امواج حرکت می کند، باید از UDF برای توصیف حرکت ورودی به عنوان معادله جریان موج استفاده کنید. همچنین فشار داخل آب دریا به فشار بیرون مربوط می شود و با حرکت آب شور با امواج، فشار تغییر می کند. بنابراین، از محاسبه فشار هوای اطراف موج استفاده می کنیم که به آن UDF می گویند.

در این نرم افزار، از UDF برای توصیف تمام عملکردهایی استفاده می شود که با سرعت افقی جریان آب ورودی، فشار موج نسبی، انرژی جنبشی آشفته و سرعت از دست رفتن انرژی آشفته ارتباط دارند. هدف این پروژه مقایسه فشار آب روی خط لوله در یک زمان موج دریا است.

– تجزیه و تحلیل توربین آبی به عنوان سیستم های انرژی دریایی
از خدمات CFD می توان برای بررسی چگونگی عملکرد سیستم های انرژی دریایی مانند توربین های جزر و مدی و مولدهای انرژی موج استفاده کرد. این می تواند به مهندسان کمک کند تا نحوه کار این سیستم ها را بهبود بخشند و با کارآمدتر کردن آنها انرژی بیشتری تولید کنند. این بسته آموزشی دارای 10 پروژه مختلف مدل سازی CFD برای انواع مختلف توربین های آبی است که از برنامه ANSYS Fluent استفاده می کنند. (محور افقی و محور عمودی). تیم انسیس فلوئنت این بسته را به مهندسین علاقه مند به انرژی های تجدیدپذیر به ویژه تحقیقات توربین توصیه می کند. این بسته به شما نشان می دهد که چگونه انواع مختلف توربین های آبی را با در نظر گرفتن طیف گسترده ای از مطالعات عددی مرتبط بسازید و مدل کنید.

ابتدا بسته آموزشی را با اعتبارسنجی دو مقاله در مورد یک توربین آب درون لوله مبتنی بر بالابر با استفاده از روش حرکت مش و عملکرد توربین جریان جزر و مدی محور افقی با طراحی پره با استفاده از مدل سازی CFD شروع کنید. پس از اطمینان از کارکرد روش دینامیک سیالات محاسباتی ما، انواع مختلف توربین‌های آبی معروف (Darrieus، Pelton Wheel، Archimedes Screw Turbine (AST)، Water Wheel، Kaplan، Francis Turbine، و غیره) را با استفاده از روش‌های مختلف CFD بررسی می‌کنیم. مش متحرک، حرکت قاب (MRF)، برهمکنش جامد سیال (FSI)، مش دینامیک، کاویتاسیون، مدل VOF چند فازی) و تنظیمات مختلف توربین. با مطالعه این بسته آموزشی عالی و مفید می توانید بگویید که در مدل سازی و درک هر شبیه سازی CFD مربوط به توربین های آبی و کاربرد آنها متخصص هستید. سپس شما آماده خواهید بود که به عنوان یک مهندس CFD در آن زمینه ها کار کنید.

– اثرات زیست محیطی ارزیابی فعالیت آتشفشانی زیر اقیانوسی:
از خدمات CFD می توان برای مدل سازی نحوه حرکت آلاینده ها، مانند نشت نفت یا انتشار فاضلاب، در محیط دریا استفاده کرد. این می تواند به درک چگونگی تأثیر اقدامات دریایی بر جهان و کمک به تصمیم گیری کمک کند. این پروژه به آتشفشان هایی که در زیر دریاها رخ می دهند نگاه می کند. انفجارهایی که در زیر بالای آب اتفاق می افتد را می توان به روش های مختلف در اقیانوس شناسی و مهندسی اقیانوس استفاده کرد. پیش بینی نحوه عمل دریاها می تواند بسیار مفید باشد. پیش‌بینی نحوه عملکرد امواج در چنین شرایط شدید می‌تواند اطلاعات زیادی را در اختیار هواشناسان و پیش‌بینی‌کنندگان هوا قرار دهد و به توقف بلایای طبیعی مانند سونامی کمک کند.

به طور کلی، خدمات CFD ابزار مفیدی برای مهندسان و طراحان دریایی است زیرا نشان می‌دهد که چگونه آب، هوا و ساختمان‌ها در دنیای دریایی با یکدیگر تعامل دارند. با استفاده از خدمات CFD تأثیر کمتری بر محیط زیست خواهد داشت.

انسیس فلوئنت آماده ارائه خدمات مدل سازی، شبکه بندی و شبیه سازی گسترده است. خدمات شبیه سازی ضروری ما برای شبیه سازی های مهندسی دریایی به شرح زیر طبقه بندی می شوند:

• شبیه سازی CFD تهویه مطبوع داخل موتورخانه کشتی
• شبیه سازی مش دینامیک زیردریایی ها
• شبیه سازی CFD جریان کانال باز (قایق ها، کشتی ها و زیردریایی ها)
• FSI اشیاء شناور مختلف را تجزیه و تحلیل می کند
• شبیه سازی ربات شناگر

پروژه های مهندسی دریایی انسیس فلوئنت

 در زیر چند نمونه از پروژه های شبیه سازی CFD آورده شده است:

روش FSI برای توربین آبی
هدف این مطالعه بررسی جریان آب در اطراف یک توربین آبی عمودی با شبیه‌سازی CFD ناپایدار با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent است. این مطالعه فرض می‌کند که پره‌های توربین تحت تأثیر جریان سیال عبوری قرار می‌گیرند که باعث تغییر شکل یا تغییر اندازه بدنه توربین می‌شود. بنابراین، مسئله شامل محلول های سیال و جامد به طور همزمان است و از روش FSI و جفت بین جریان سیال و ساختار گذرا استفاده می شود.

مقدمه

روش برهمکنش سیال-ساختار (FSI) معمولاً در شبیه‌سازی توربین‌های آبی برای محاسبه برهمکنش بین جریان سیال و ساختار جامد توربین استفاده می‌شود. ANSYS Fluent یک نرم افزار محبوب برای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که در شبیه سازی FSI استفاده می شود.

آموزش شبیه سازی CFD Fluent ANSYS

برای استفاده موثر از ANSYS Fluent در شبیه سازی FSI، درک قوی از نرم افزار و قابلیت های آن بسیار مهم است. ANSYS Fluent CFD Simulation Training یک مرور کلی از نرم افزار و کاربردهای آن در شبیه سازی FSI ارائه می دهد. آموزش شامل موضوعاتی از قبیل:

– ANSYS Fluent Introduction

– مبانی مکانیک سیالات و CFD

– شبکه بندی

– شرایط مرزی

– مدل سازی آشفتگی

– مدل سازی FSI

روش FSI برای توربین آبی

روش FSI در شبیه سازی توربین های آبی بسیار سودمند است زیرا به طور دقیق عملکرد و یکپارچگی ساختاری توربین را پیش بینی می کند. با شبیه سازی تعامل بین جریان سیال و ساختار جامد توربین، مهندسان می توانند طراحی را بهینه کرده و از عملکرد ایمن و کارآمد توربین اطمینان حاصل کنند. روش FSI را می توان برای شبیه سازی انواع مختلف توربین های آبی استفاده کرد، از جمله:

– توربین های فرانسیس

– توربین های پلتون

– توربین های کاپلان

نتیجه

روش FSI و ANSYS Fluent CFD Simulation Training ابزارهای ارزشمندی برای مهندسین طراحی و بهینه سازی توربین های آبی هستند. با استفاده از این ابزار، مهندسان می توانند تعامل پیچیده بین جریان سیال و سازه های جامد را شبیه سازی کنند که منجر به طراحی های ایمن تر و کارآمدتر می شود.

VAWT و HAWT
توربین آب محور عمودی (Darrieus) توسط Dynamic Mesh
هدف این مطالعه شبیه‌سازی جریان آب حول یک توربین آبی محور عمودی (VAWT) غوطه‌ور در آب با استفاده از روش مش دینامیک در نرم‌افزار ANSYS Fluent است. Darrieus VAWT نوعی توربین آبی است که در سرعت‌های کم آب به طور موثر عمل می‌کند و آن را برای استفاده در سیستم‌های برق آبی کم‌هد ایده‌آل می‌کند. برای شبیه سازی عملکرد Darrieus VAWT از نرم افزار ANSYS Fluent استفاده شده است که نیاز به درک قوی از نرم افزار و قابلیت های آن دارد. ANSYS Fluent Training یک نمای کلی از نرم افزار و کاربردهای آن در شبیه سازی Darrieus VAWT ارائه می دهد که موضوعاتی مانند مکانیک سیالات، تولید مش و مش پویا را پوشش می دهد. شبیه‌سازی عملکرد Darrieus VAWT با استفاده از ANSYS Fluent به استفاده از مش دینامیک برای شبیه‌سازی چرخش پره‌های توربین و روش FSI برای توضیح تعامل بین جریان سیال و ساختار جامد پره‌های توربین نیاز دارد. این شبیه‌سازی می‌تواند برای بهینه‌سازی طراحی Darrieus VAWT، اطمینان از عملکرد کارآمد و ایمن، و برای پیش‌بینی توان خروجی توربین در شرایط جریان مختلف استفاده شود. در پایان، Darrieus VAWT، Dynamic Mesh و ANSYS Fluent Training ابزارهای ارزشمندی برای مهندسین در زمینه انرژی آبی هستند که آنها را قادر می‌سازد تا عملکرد Darrieus VAWT را شبیه‌سازی کنند، طراحی آن را بهینه کنند و از عملکرد ایمن و کارآمد اطمینان حاصل کنند.

توربین آبی محور افقی
توربین های آبی ماشین هایی هستند که انرژی جریان یا سقوط آب را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند که می تواند برای تولید الکتریسیته مورد استفاده قرار گیرد. توربین های آبی محور افقی (HAWT) دارای شفت روتور افقی و پره هایی هستند که حول یک محور عمودی می چرخند. برای شبیه سازی عملکرد HAWT می توان از نرم افزار ANSYS Fluent CFD استفاده کرد. ANSYS Fluent Training موضوعات مختلفی از جمله مکانیک سیالات، تولید مش، شرایط مرزی، مدل‌سازی توربولانس، جریان‌های چند فازی و MRF را پوشش می‌دهد.

MRF (Multiple Reference Frame) تکنیکی است که برای شبیه سازی ماشین های دوار در شبیه سازی های CFD استفاده می شود. در مورد HAWT ها می توان از MRF برای شبیه سازی چرخش پره های توربین استفاده کرد. شبیه سازی شامل استفاده از MRF برای ایجاد یک چارچوب مرجع چرخان در حوزه سیال در اطراف پره های توربین است.

شبیه‌سازی عملکرد HAWT با استفاده از ANSYS Fluent و MRF نیازمند در نظر گرفتن تعامل بین جریان سیال و ساختار جامد پره‌های توربین است. این شبیه‌سازی همچنین می‌تواند شامل استفاده از جریان‌های چند فازی برای محاسبه حضور هوا در جریان آب باشد.

از این آموزش می توان برای بهینه سازی طراحی HAWT، پیش بینی توان خروجی آن در شرایط مختلف جریان و اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد استفاده کرد. ANSYS Fluent Training یک ابزار ارزشمند برای مهندسین نیروگاه های آبی است تا عملکرد HAWT را شبیه سازی کنند، طراحی آن را بهینه و از عملکرد ایمن و کارآمد اطمینان حاصل کنند.

قفس ماهی شناور روی آب دریا
هدف از این پروژه استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent و روش Fluid Solid Interaction (FSI) برای شبیه سازی جریان آب دریا در اطراف قفس ماهی شناور در سطح آب است. از آنجایی که قفس شناور است، جریان آب دریا با آن برخورد می کند و باعث برهمکنش دو طرفه بین سیال و جامد می شود. برای توضیح این تعامل، روش FSI در محیط نرم افزار ANSYS Workbench اعمال می شود. استفاده از FSI به مش دینامیک برای کنترل تغییرات در مش جریان سیال در اطراف مدل هندسی نیاز دارد. کوپلینگ سیستم برای حل مدل در هر دو نرم افزار Fluent و Transient Structural استفاده می شود و تعامل بین سیال و جامد را شبیه سازی می کند. ANSYS Fluent Training می تواند برای بهینه سازی طراحی قفس ماهی، پیش بینی عملکرد آن در شرایط مختلف جریان و اطمینان از عملکرد ایمن و کارآمد آن استفاده شود.

وسیله نقلیه دریایی

زیردریایی

حرکت زیردریایی خود کششی با مش دینامیک (6-DOF)
هدف این پروژه استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent برای شبیه سازی حرکت یک زیردریایی خودکششی بر روی سطح آب است. از روش مش پویا در این شبیه‌سازی استفاده می‌شود و شش درجه آزادی (6-DOF) برای توصیف رفتار مش پویا مدل تعریف شده است. 6DOF به مدل اجازه می دهد تا در شش جهت مختلف حرکت و جابجا شود و ویژگی های شش DOF شامل جرم و گشتاور در جهات مختلف با استفاده از یک تابع تعریف شده توسط کاربر (UDF) تعریف می شود.

حرکت زیردریایی در آب توسط مش پویا (1-DOF)
هدف از این پروژه استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent برای شبیه سازی حرکت یک زیردریایی در آب به روش Dynamic Mesh می باشد. همانطور که زیردریایی در محدوده محاسباتی حرکت می کند، عناصر شبکه اطراف را تحت تاثیر قرار می دهد، بنابراین مش بندی باید به صورت لحظه ای و وابسته به زمان بر اساس نوع جابجایی در مرزهای مجاور مش تغییر کند.

زیردریایی در این شبیه سازی تنها یک درجه آزادی دارد، یعنی فقط می تواند حول محور مرکزی خود (محور x) بچرخد. نمی تواند در جهت های دیگر حرکت کند یا بچرخد. برای تعریف این نوع حرکت، از یک تابع تعریف شده توسط کاربر (UDF) در حالی که یک درجه آزادی در نظر گرفته می شود، استفاده می شود.

شناور 
این پروژه شامل استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent برای شبیه سازی حرکت یک شناور شناور در آب با استفاده از روش Dynamic Mesh می باشد. این شبیه سازی شامل یک حوزه محاسباتی آب با یک کشتی شناور است که در سطح ارتفاع معینی روی سطح آب طراحی شده است. برای تعریف رفتار مش پویا، از شش درجه آزادی (6-DOF) استفاده می شود. این بدان معنی است که مدل می تواند در شش جهت انتقالی و چرخشی مختلف حرکت کرده و جابجا شود.

پروانه قایق
این آموزش بر شبیه سازی کاویتاسیون پروانه قایق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) تمرکز دارد. کاویتاسیون زمانی اتفاق می افتد که فشار ساکن مایع به زیر فشار بخار می رسد و در نتیجه حفره های کوچک پر از بخار در مایع ایجاد می شود. هنگامی که این حفره ها در معرض فشارهای بالاتری قرار می گیرند، فرو می ریزند و امواج ضربه ای ایجاد می کنند که به طور بالقوه می تواند به ماشین آلات آسیب برساند. این امواج ضربه ای در نزدیکی حباب در حال ترکیدن قوی ترین هستند و با دور شدن از آن ضعیف می شوند. کاویتاسیون یکی از دلایل مهم سایش در برخی زمینه های مهندسی است. حفره‌های در حال فروپاشی که در نزدیکی سطح فلز منفجر می‌شوند، از طریق ترکیدن مکرر استرس چرخه‌ای ایجاد می‌کنند که منجر به خستگی سطح فلز و سایش به نام «حفره» می‌شود.

جت اسکی
این پروژه شامل استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent برای بررسی تاثیر حرکت جت اسکی بر رابط بین دو سیال است: آب و هوا. جریان در اطراف اجسام شناور در یک پدیده معمولی سیال، مانند قایق، کشتی، و جت اسکی. هنگامی که دو سیال با یکدیگر در تماس هستند، تغییر فاز و تأثیر هر فاز بر یکدیگر ملاحظات مهمی است. در این شبیه سازی، یک مطالعه جریان دو فازی برای تجزیه و تحلیل حرکت جت اسکی و تأثیر آن بر رابط آب و هوا انجام شده است. هدف این است که درک بهتری از تعامل بین جت اسکی و مایعات اطراف به دست آوریم.

موج نوسانی
این پروژه CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent، حرکت چرخشی یک پره را در یک میدان جریان دو فازی تحت تاثیر یک جریان موج نوسانی شبیه سازی می کند. هدف بررسی تأثیر موج نوسانی بر حرکت پره است. این مدل ناپایدار است زیرا شامل شبیه سازی حرکت چرخشی باله تحت تأثیر یک موج نوسان سیال است که وابسته به زمان است. این به این معنی است که شبیه سازی باید شرایط در حال تغییر در طول زمان و نحوه تأثیر آنها بر حرکت باله را در نظر بگیرد. با انجام این تجزیه و تحلیل CFD، می‌توانیم درک بهتری از اینکه چگونه جریان موج نوسانی بر حرکت پره تأثیر می‌گذارد و چگونه می‌توان از آن در کاربردهای مختلف، مانند مهندسی دریایی یا رباتیک زیر آب استفاده کرد، به دست آورد.

اسلاشینگ در تانک
این آموزش شبیه‌سازی ANSYS Fluent CFD بر روی اثر اسلاشینگ سیال درون یک مخزن و تأثیر آن بر قابلیت مانور دستگاه‌های شناور مانند کشتی‌ها و قایق‌ها تمرکز دارد. مطالعات آزمایشگاهی قبلی اهمیت درک دینامیک انقباض را نشان داده است، از جمله اندازه‌گیری دینامیک انقباض مخزن، مطالعات تجربی و آماری بارهای ضربه‌ای موج کاهش‌یافته در مدل مخزن پوسته‌ای، تأیید نتایج عددی شکست دستگاه شناور حاوی مخزن گاز طبیعی با استفاده از نتایج تجربی بر روی یک بخش دو بعدی از مخزن، بررسی حداکثر فشارهای شلوغ طولانی مدت اعمال شده به مخزن پوسته برای در نظر گرفتن اثرات ارتعاش ناشی از یک دست انداز، و مطالعه تجربی توزیع فشار ناشی از ریزش مایع در یک مستطیل شکل.

با انجام یک شبیه‌سازی CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent، می‌توانیم اثر اسلاشینگ سیال درون مخزن و تأثیر آن بر قابلیت مانور دستگاه‌های شناور را بیشتر بررسی کنیم. این می تواند به ما کمک کند تا درک بهتری از اینکه چگونه اسلاشینگ سیال بر پایداری و عملکرد این دستگاه ها تأثیر می گذارد و چگونه می توانیم طراحی آنها را برای به حداقل رساندن این اثرات بهینه کنیم، به دست آوریم.

افتادن اجسام در آب
این آموزش شبیه سازی ANSYS Fluent CFD بر روی جریان سیال در اطراف دو مکعب که به داخل آب می افتند با استفاده از روش مش پویا تمرکز دارد. با شبیه‌سازی این پدیده با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent، می‌توان دینامیک سیال را بررسی کرد و نحوه تعامل آب با مکعب‌های در حال سقوط را درک کرد. روش مش پویا به ما امکان می دهد حرکت مکعب ها را هنگام سقوط و تغییرات ناشی از آن در جریان سیال در اطراف آنها شبیه سازی کنیم.

از طریق تجزیه و تحلیل CFD، ما می توانیم بینشی در مورد رفتار سیال و نیروهای وارد بر مکعب ها در هنگام سقوط به دست آوریم. این می تواند به ما کمک کند تا طراحی اشیایی را که قرار است در آب بیاندازند، مانند قایق ها، شناورها و دیگر سازه های دریایی، بهینه کنیم. به طور کلی، این پروژه فرصت ارزشمندی را برای بررسی دینامیک سیالات پیچیده درگیر در تعامل بین اجسام در حال سقوط و آب و اینکه چگونه می‌توانیم از تجزیه و تحلیل CFD برای بهبود طراحی و عملکرد این اجسام استفاده کنیم، فراهم می‌کند.

پراکندگی آلودگی در آب

آلودگی آب در رودخانه پرپیچ و خم

این آموزش شبیه سازی ANSYS Fluent CFD بر آلودگی یک رودخانه پر پیچ و خم و تأثیر آن بر اکوسیستم تمرکز دارد. با شبیه سازی آلودگی رودخانه با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent می توان دینامیک جریان آب آلوده و تاثیر آن بر محیط اطراف را بررسی کرد. از طریق تجزیه و تحلیل CFD، ما می توانیم بینشی در مورد چگونگی گسترش آلودگی، سطوح غلظت آن و نحوه تعامل آن با جریان رودخانه به دست آوریم.

آلودگی آب یک موضوع مهم زیست محیطی است که می تواند عواقب شدیدی برای آبزیان و اکوسیستم داشته باشد. با مطالعه آلودگی یک رودخانه پر پیچ و خم، می‌توانیم تأثیر فعالیت‌های انسانی بر محیط‌زیست را بهتر درک و چگونگی کاهش اثرات مخرب را متوجه شویم. به طور کلی، این پروژه فرصت ارزشمندی برای بررسی دینامیک سیالات پیچیده درگیر در آلودگی آب و چگونگی استفاده از تجزیه و تحلیل CFD برای درک بهتر و پرداختن به این موضوع حیاتی زیست محیطی فراهم می کند.

انتشار آلودگی در رودخانه راکد
این آموزش شبیه سازی ANSYS Fluent CFD بر گسترش آلودگی در یک رودخانه راکد ناشی از زباله های صنعتی تمرکز دارد. با شبیه سازی ورود زباله های شیمیایی به رودخانه راکد با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent، می توان دینامیک جریان آب آلوده و نحوه انتشار آن در پایین دست را بررسی کرد. از طریق تجزیه و تحلیل CFD، ما می توانیم فهم بهتری در مورد سطوح غلظت آلاینده ها، مکانیسم های انتقال آنها و تأثیر آنها بر اکوسیستم رودخانه به دست آوریم.

آلودگی آب ناشی از پسماندهای صنعتی یک مسئله زیست محیطی مهم است که می تواند عواقب شدیدی برای آبزیان و اکوسیستم داشته باشد. آلودگی می‌تواند بر کیفیت آب رودخانه تأثیر بگذارد و آن را برای آبزیان و انسان‌هایی که برای غذا و سایر مصارف به رودخانه متکی هستند، خطرناک کند.

با مطالعه گسترش آلودگی در یک رودخانه راکد، می‌توانیم تأثیر فعالیت‌های صنعتی بر محیط‌زیست را بهتر درک و بررسی کنیم که چگونه می‌توانیم این اثرات را کاهش دهیم. این پروژه فرصتی ارزشمند برای بررسی دینامیک سیالات پیچیده درگیر در آلودگی آب و چگونگی استفاده از تجزیه و تحلیل CFD برای درک بهتر و رسیدگی به این موضوع حیاتی زیست محیطی فراهم می کند.

شرکت های صنعتی دریایی

شرکت های صنعتی دریایی معتبر زیادی در سرتاسر دنیا وجود دارند که هر کدام نقاط قوت و زمینه های تخصصی خود را دارند. در اینجا برخی از بهترین شرکت های صنایع دریایی آورده شده است:

– Maersk : یک شرکت کشتیرانی دانمارکی که بزرگترین ناوگان حمل و نقل کانتینری در جهان را اداره می کند.

– Royal Dutch Shell : یک شرکت چندملیتی نفت و گاز که بازیگر اصلی در تولید نفت و گاز فراساحلی است.

–  Mitsubishi Heavy Industries : یک شرکت ژاپنی که در مهندسی دریایی، از جمله کشتی سازی و سازه های فراساحلی تخصص دارد.

– .Caterpillar Inc : یک شرکت آمریکایی که موتورها و سیستم های قدرت را برای کاربردهای دریایی تولید می کند.

–  Hyundai Heavy Industries : یک شرکت کره جنوبی که یکی از بزرگترین کشتی‌سازان جهان است.

– Cargill : یک شرکت آمریکایی که بازیگر اصلی در صنعت حمل و نقل و لجستیک جهانی است.

– BAE Systems : یک شرکت دفاعی و هوافضایی بریتانیایی که کشتی‌های دریایی و زیردریایی‌ها را تولید می‌کند.

– Crowley Maritime Corporation : یک شرکت آمریکایی که طیف گسترده ای از خدمات دریایی از جمله حمل و نقل، لجستیک و پشتیبانی انرژی دریایی را ارائه می دهد.

– Kongsberg Gruppen : یک شرکت نروژی که در فناوری های دریایی، از جمله رباتیک زیر آب و کشتی های خودمختار تخصص دارد.

– Statoil : یک شرکت نفت و گاز نروژی که بازیگر اصلی در تولید نفت و گاز فراساحلی است.

تجربه صنعتی انسیس فلوئنت در حوزه دریایی

در زیر نمونه ای از پروژه های صنعتی دریایی که اخیراً توسط  تیم ما  با همکاری شرکت های مرتبط شبیه سازی و تحلیل شده است را مشاهده می کنید.

توربین های جزر و مدی

اعتبار سنجی عددی مقاله

توربین جزر و مدی محور افقی
مطالعه حاضر از نرم افزار ANSYS Fluent برای شبیه سازی یک توربین آبی با محور افقی استفاده می کند. نتایج شبیه‌سازی CFD با یافته‌های مقاله تحقیقاتی با عنوان «عملکرد توربین جریان جزر و مدی محور افقی با پیکربندی پره» مقایسه و تأیید می‌شود. پس از اتمام فرآیند حل، نرم افزار قدرت توربین را بر اساس گشتاور اعمال شده به هر پره محاسبه می کند و متعاقباً ضریب فشار (Cp) بر روی پره ها تعیین می شود. در نهایت، نتایج با مقادیر متناظر گزارش شده در مقاله پژوهشی مقایسه و اعتبارسنجی شده است.

انرژی آبی توربین در بهینه سازی خطوط آب
این مقاله ی تحقیقاتی با عنوان “تحلیل عددی توربین درون لوله مبتنی بر بالابر برای پیش بینی بهره برداری از نیروی برق آبی در شبکه های توزیع آب منتخب برای بهینه سازی خطوط آبی” ، امکان سنجی تولید برق در داخل یک لوله با استفاده از یک توربین کروی بر اساس بر اساس بالابر را بررسی می کند. تکنولوژی لوله پروفیل های هیدروفویل توربین با استفاده از ایرفویل های NACA طراحی شده اند و یک مدل شبیه سازی شده از توربین بالابر کروی بر اساس میزان دبی اوج و پایین حجم در نرم افزار ANSYS Fluent تجزیه و تحلیل شده است. سری زمانی تغییرات دشارژ برای محاسبه سری زمانی خروجی های توان استفاده می شود.

صرفه جویی در مصرف آب و انرژی به یک دغدغه جهانی تبدیل شده است و راه حل های فنی مختلفی برای تولید برق و تنظیم فشار آب در شبکه های توزیع با جایگزینی شیرهای فشار شکن با ژنراتورهای برق ارائه شده است. این فرآیند از انرژی هیدرولیک آب برای تولید برق استفاده می کند که یک منبع انرژی پاک است که اغلب در منابع آبی نادیده گرفته می شود. همچنین وابستگی انرژی به شبکه برق را کاهش می دهد و هزینه های عملیاتی سیستم را کاهش می دهد. این مطالعه نتیجه می‌گیرد که پتانسیل استفاده از برق آبی در هر سیستم توزیع آب به عواملی مانند جریان سیال، سر موثر، قطر لوله، مشخصات هیدروفویل و اجزای توربین بستگی دارد.

تیم انسیس فلوئنت پروژه‌های شبیه‌سازی CFD متعددی را برای شرکت‌های صنعتی و تحقیقات در کاربردهای مهندسی دریایی انجام داده و با چندین سال تجربه در شبیه سازی مسائل مختلف در زمینه های مختلف CFD با استفاده از نرم افزار ANSYS Fluent، آماده ارائه خدمات گسترده شبیه سازی، آموزش و مشاوره CFD می باشد.

شما می توانید محصولات آموزشی را در دسته شبیه سازی CFD مهندسی دریایی در Training Shop بیابید. همچنین می توانید از بسته های آموزشی مهندسی دریایی مناسب برای کاربران مبتدی و پیشرفته ANSYS Fluent بهره مند شوید. همچنین انسیس فلوئنت جامع ترین دوره آموزشی مهندسی دریایی را برای تمامی کاربران ANSYS Fluent از مبتدی تا متخصص ارائه می دهد.

تیم ما آماده انجام پروژه های مختلف و چالش برانگیز در زمینه مدل سازی مهندسی دریایی به سفارش مشتریان ما است و شبیه‌سازی‌های CFD را برای هر طرح انتزاعی یا مفهومی انجام می‌دهد تا آنها را به واقعیت تبدیل کرده و حتی به شما کمک می‌کند تا به بهترین استراتژی برای آنچه تصور می‌کردید برسید. شما می توانید از مشاوره تخصصی انسیس فلوئنت به صورت رایگان بهره مند شوید و سپس پروژه CFD صنعتی و آکادمیک خود را برون سپاری کنید تا شبیه سازی و آموزش داده شود.

با برون سپاری پروژه خود به تیم ما به عنوان مشاور شبیه سازی CFD، نه تنها فایل های منابع پروژه مرتبط (هندسه، مش، پرونده و داده، …) را دریافت خواهید کرد، بلکه یک ویدیو آموزشی گسترده نیز در اختیار شما قرار خواهد گرفت که نشان می دهد چگونه می توانید در نرم افزار ANSYS Fluent، هندسه، مش و تنظیمات مورد نیاز (پیش پردازش، پردازش و پس پردازش) را تعریف کنید. علاوه بر این، پشتیبانی پسا فنی برای روشن شدن مسائل و ابهامات موجود است.

​