مهندسی دریا

مقدمه

یک مهندس دریایی مسئول بهره‌برداری، نگهداری و تعمیر تمام تجهیزات مکانیکی و مهندسی در عرشه کشتی پس از مطالعه مهندسی دریایی (‏که به عنوان مهندسی دریایی نیز شناخته می‌شود) ‏است. مکانیک رانش، سیستم‌های تولید برق و نیرو، روانکاری، سیستم‌های سوخت، تقطیر آب، روشنایی و سیستم‌های تهویه مطبوع تنها تعداد کمی از سیستم‌های مکانیکی هستند که به اداره هر کشتی کمک می‌کنند. ​

افرادی که مهندسی دریایی (‏مهندسی دریایی) ‏را مطالعه کرده‌اند مسئول وظایف مختلف، از جمله نظارت و تعمیر و نگهداری سیستم مکانیکی هستند. هر مهندس روی عرشه، ماشین‌آلات و دستورالعمل‌های تخصصی را برای نگهداری و نظارت اختصاص می‌دهد. تمام مهندسان مسئول سیستم‌های ماشین‌آلات خود هستند و هر مهندس باید اطمینان حاصل کند که تجهیزات آن‌ها عملیاتی است. مهندسان دریایی نیز مسئول نگهداری از ماشین‌آلات عرشه هستند. برنامه‌ریزی نگهداری و نگهداری مناسب بخش اتاق موتور با یکدیگر کار می‌کند تا اطمینان حاصل شود که برنامه نگهداری تمام سیستم‌های مکانیکی را حفظ می‌کند. ​

چگونه می توان مهندسی دریایی را با استفاده از شبیه‌سازی CFD بهبود بخشید؟

در عصر فن‌آوری دیجیتال که به سرعت در حال رشد است، درک چگونگی اعمال آن در فرآیند چالش برانگیز طراحی کشتی بسیار مهم است. دینامیک سیال محاسباتی (‏CFD) ‏به یک روش جذاب برای به دست آوردن بینش مهم در ویژگی‌های هیدرودینامیکی مخازن سطحی با توجه به موج پیشرفت‌های سریع در محاسبات با عملکرد بالا تبدیل شده‌است. روش CFD، به ویژه روش‌های CFD مبتنی بر Rans، از معادلات ناورستاکز برای شبیه‌سازی جریان سیال در حالی که مشخصه غیر خطی آن را در نظر می‌گیرد، استفاده می‌کند. از نظر مدل‌سازی فیزیکی، این یک رویکرد جامع است که امکان شانس بسیار کمی را فراهم می‌کند. این امر آن را بسیار دقیق و دقیق می‌سازد، اما همچنین آن را از نظر محاسباتی در مقایسه با ابزارهای مهندسی معمول پر هزینه می‌کند. این امر همچنین مستلزم استخدام یک فرد بسیار شایسته و واجد شرایط است. ​

دینامیک سیالات محاسباتی (‏CFD) ‏یک تکنیک مهندسی انعطاف‌پذیر و قدرتمند است که ممکن است سطوح جدیدی از جزئیات را برای پدیده‌های مختلف جریان ارائه دهد. ​

همچنین نرم‌افزار منبع باز CFD در دسترس است؛ با این حال، استفاده از آن دشوار است و نیاز به یک کاربر تخصصی دارد. با این حال، سازمان‌های بیشتر و بیشتری در حال حاضر خدمات مشاوره ارائه می‌دهند که شامل شبیه‌سازی برای شرکت‌های طراحی است. این یک چیدمان فوق‌العاده است، و کاملا با مفهوم تقسیم کار متناسب است. هزینه، کیفیت، و سرعت این خدمات همگی در حال بهبود هستند، و اکنون جایی هستند که ممکن است در مراحل اولیه طراحی به کار گرفته شوند. ​

برای اشاره به چند مورد، اثرات موج شدید، باره‌ای سبز دریا، کوبیدن، اسلاشینگ، دریدن، جاری شدن سیل، نگهداری سخت و مانور دادن. عمومیت این روش، کیفیت CFD است که اجازه می‌دهد در چنین کاربردهای گسترده‌ای به کار گرفته شود. در پایه‌ای‌ترین سطح آن، CFD هیچ فرضی در مورد پدیده جریان مورد نظر، مانند فرضیات تندی موج، ارتفاع آزاد تک مقداری، جریان چرخشی، تغییرات کوچک در سطح مرطوب بدنه کشتی و غیره ندارد. در نتیجه، این رویکرد ممکن است برای حل طیف وسیعی از مسائل مورد استفاده قرار گیرد. ​ 

شبیه‌سازی تانک بکسل با استفاده از CFD

از زمانی که اولین حوزه تجاری کشتی در سال ۱۸۸۳ راه‌اندازی شد، مخازن طناب دار به معماران دریایی یک روش قابل‌اعتماد برای برآورد عملکرد کشتی در دریا داده‌اند. مخازن طناب دار برای هر دو آزمایش مقاومت و نیروی محرکه استفاده می‌شوند. مدل‌های خود گردان برای تعیین اینکه موتور برای رسیدن به سرعت مشخص‌شده در قرارداد کارخانه کشتی‌سازی به چه مقدار توان نیاز دارد، مورد استفاده قرار می‌گیرند. رآکتورهای شیمیایی ممکن است با استفاده از الگوهای جریان سیال CFD و میدان های دمایی طراحی شوند و می‌توانند با استفاده از معادلات بقای متعدد مربوط به حرکت سیال و انرژی تقریب زده شوند. ​

دینامیک سیالات محاسباتی (‏CFD)‏مدت‌ها است که به عنوان یک جایگزین مناسب برای آزمایش مخزن ترویج شده‌است، و یک حوزه مدل “عددی” را ارائه می‌دهد که می‌تواند، در تئوری، خیلی زودتر در مرحله طراحی مورد استفاده قرار گیرد، و به معماران دریایی جریانی از داده‌های مهندسی را برای تاثیر گذاری و بهبود طراحی ارائه دهد. همچنین CFD مزیت متمایز ارائه نتایج دقیق بدون در نظر گرفتن مقیاس مورد استفاده برای محاسبه آن‌ها را دارد. ​

با ارائه یک طرح دقیق‌تر و کارآمدتر که نیاز به تجدید نظرهای کم‌تر برای ارضای تعهدات قراردادی دارد، شبیه‌سازی CFD می‌تواند برای کاهش حجم و هزینه تست فیزیکی بکسل تانک استفاده شود. همچنین درست است که کشیدن CFD به طور کامل مخازن را در برخی از زمینه‌های کسب‌وکار، مانند طراحی کشتی‌های با عملکرد بالا که در جام آمریکا رقابت می‌کنند، جایگزین کرده‌است. ​

کاربرد CFD برای سیستم‌های رانش

از CFD به طور گسترده‌ای در بخش دریایی، چه به تنهایی و چه به صورت ترکیبی، برای حل مسائل مختلف هیدرودینامیکی استفاده می‌شود. محیط اقیانوس باعث کاهش سرعت یک کشتی و افزایش قدرت نیروی محرکه آن می‌شود. ​

روش‌های پیش‌بینی به طور مداوم در حال توسعه و پالایش هستند تا تاثیر امواج بر روی تخمین‌های سرعت توان و مصرف انرژی ناشی از نیروی محرکه را در نظر بگیرند. ظرفیت کنترل اشکال متغیر و اطلاعات دقیق در مورد میدان های جریان نزدیک و دور تا حد زیادی به بهبود بدنه برای یک طراحی کارآمدتر یا جدید کمک خواهد کرد. ​

سیستم تهویه اتاق موتور کشتی با استفاده از CFD

موتورهای الکتریکی توان مورد نیاز برای شروع کمپرسور، پمپ، فن و دیگر تجهیزات روی کشتی را فراهم می‌کنند. اتاق موتور اکثر فضای داخلی کشتی را اشغال می‌کند. به دلیل تعداد زیاد تجهیزات در این منطقه، بررسی نحوه انتقال گرما بسیار مهم است. یکی از جنبه‌های ضروری اتاق موتور و معماری کشتی، طراحی بهینه سیستم تهویه مطبوع برای تغذیه هوای احتراق در داخل تجهیزات و کنترل دما و رطوبت در داخل این منطقه است. ​

مهندسان و محققان به طور مداوم تلاش کرده‌اند تا طراحی سیستم تهویه مطبوع کشتی را با ارائه روش‌های جدید بهبود بخشند. شبیه‌سازی و مطالعه سیستم تهویه در اتاق موتور کشتی می‌تواند به توسعه روش‌های جدید و جدید کمک کند. ​

این مقاله تنها به چند کاربرد CFD نگاه می‌کند که می‌توانند به بهبود مهندسی دریایی کمک کنند. تجارت دریایی دارای مجموعه‌ای از کاربردهای CFD است، از شناور ماهی بر روی آب دریا گرفته تا مدل‌سازی یک توربین آب و جت اسکی برای ارزیابی سرعت و فشار اطراف اشیا، که همه آن‌ها چالش‌های کلیدی در این صنعت هستند. ​

بیشتر جنبه‌های صنعت دریایی بر دینامیک سیال متکی هستند. اگرچه نمونه‌های اولیه فیزیکی برای مراحل بعدی توسعه مورد نیاز هستند، مطالعات CFD ممکن است به طور قابل‌توجهی طراحی و بهینه‌سازی را در مراحل اولیه سرعت بخشد. ​

خدمات پردازشگران سیال و سازه مهر

تیم پردازشگران سیال و سازه مهر پروژه‌های شبیه‌سازی برون سپاری متعددی را برای کاربردهای مهندسی دریایی صنعتی و تحقیقاتی اجرا کردند. با چندین سال تجربه شبیه‌سازی مشکلات مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent، تیم پردازشگران سیال و سازه مهر آماده ارائه خدمات گسترده از پیکربندی‌های شبیه‌سازی است. به عنوان مثال، یک شبیه‌سازی شناور ماهیگیری بر روی آب دریا به صورت مستقل انجام می‌شود و برای مطالعه پارامترهای محلول انجام می‌شود. ​

ماهی نگهداری شده در قفس یک مساله نسبتا جدید در پرورش ماهی است. ابزارهای مختلفی مانند تور، می‌توانند برای تقسیم بخشی از آب دریا، دریاچه و یا آب پشت سد از آب اطراف استفاده شوند و سپس ماهی می‌تواند در این منطقه محدود شود. ​

مزایای این قفس‌ها نسبت به استخرهای ماهی شامل هزینه‌های سرمایه‌گذاری ارزان‌تر، توانایی گسترش و یا حرکت آن‌ها، این واقعیت که ماهی‌ها در یک فضای کوچک قرار دارند و به انرژی کمتری نیاز دارند، گزینه استفاده از آب دریایی طبیعی، و استفاده از غذای طبیعی و زنده است. ما می‌توانیم این قفس‌ها را بر روی جریان آب دریا در یک مکان ثابت، شناور، مستغرق و یا دیگر مکان‌ها تنظیم کنیم. قفسه‌ای شناور برای نگه داشتن شبکه در محل توسط یک حلقه یا قاب خاص طراحی شده‌اند. ما یک دامنه محاسباتی از آب دریا در این شبیه‌سازی ایجاد می‌کنیم که شامل هوا و آب با مقدار مشخصی از آب است. ​

در این تحقیق از نرم‌افزار ANSYS Fluent برای شبیه‌سازی جریان آب‌بر روی پره‌های توربین آب محور افقی (‏HAWT) ‏استفاده شده‌است که هدف آن تعیین سرعت و توزیع فشار بر روی دیواره پره می‌باشد. یک ناحیه استوانه‌ای بلافاصله اطراف پره‌ها و یک فضای بزرگ اطراف سیلندر، ناحیه اطراف پره‌ها را تشکیل می‌دهد. انتظار می‌رود جریان آب در ناحیه خارجی عریض باشد، در حالی که حرکت چرخشی پره‌ها باعث ایجاد جریان چرخشی در ناحیه استوانه‌ای اطراف پره‌ها می‌شود. ​

یکی از معمولی‌ترین پدیده‌هایی که ما می‌بینیم جریان حول اجسام شناور بر روی یک سیال است. مثال‌های آن قایق، کشتی، جت اسکی و دیگر وسایل نقلیه در حال حرکت هستند. هنگامی که دو سیال در تماس قرار می‌گیرند، تغییر فاز و تاثیر یک فاز بر فاز دیگر همیشه یک عامل در نظر گرفته می‌شود. ​

پردازشگران سیال و سازه مهر، کارشناس در زمینه شبیه‌سازی‌های دریایی

با چندین سال تجربه در شبیه‌سازی مشکلات مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent، شرکت پردازشگران سیال و سازه مهر آماده ارائه خدمات مدل‌سازی، مش بندی و شبیه‌سازی گسترده است. سرویس‌های شبیه‌سازی ما برای شبیه‌سازی‌های دریایی به صورت زیر دسته‌بندی شده‌اند:

• شبیه‌سازی CFD تهویه مطبوع در داخل اتاق موتور کشتی
•  شبیه‌سازی شبکه متحرک زیردریایی‌ها
•  شبیه‌سازی CFD جریان کانال باز (‏قایق‌ها، کشتی‌ها، و زیردریایی‌ها)‏
• تحلیل‌های FSI از اشیا شناور مختلف
• شبیه‌سازی ربات های شناگر
• …

شما میتوانید محصولات مرتبط با مقوله شبیه‌سازی دریایی را در فروشگاه آموزشی پیدا کنید.

خدمات ما به موضوعات ذکر شده محدود نمی‌شود، و پردازشگران سیال و سازه مهر آماده انجام پروژه‌های مختلف و چالش برانگیز در زمینه مدل‌سازی مهندسی دریایی است که توسط مشتریان ما سفارش داده شده‌است. ما حتی انجام شبیه‌سازی CFD برای هر طرح انتزاعی یا مفهومی که در ذهن خود دارید را قبول می‌کنیم تا آن‌ها را به واقعیت تبدیل کنیم و حتی به شما کمک کنیم تا به بهترین طراحی برای آنچه که ممکن است تصور کرده باشید برسید. شما می‌توانید از مشاوره متخصص پردازشگران سیال و سازه مهر به صورت رایگان بهره ببرید و سپس سفارش دهید که پروژه شما شبیه‌سازی و آموزش داده شود. ​

شما با برون سپاری پروژه خود به پردازشگران سیال و سازه مهر به عنوان یک فریلنسر مستقل شبیه‌سازی CFD، نه تنها فایل‌های منبع پروژه مربوطه را دریافت خواهید کرد (‏هندسه، مش، داده ها، …)‏، بلکه یک ویدئوی آموزشی گسترده ارائه خواهید شد که نشان می‌دهد چگونه می‌توانید هندسه، مش، و تنظیمات مورد نیاز (‏پیش‌پردازش، پردازش و پس پردازش)‏را در نرم‌افزار ANSYS Fluent خودتان ایجاد کرده و تعریف کنید. .. علاوه بر این، پشتیبانی پسا فنی برای روشن‌شدن مسائل و ابهامات موجود است. ​