آموزش شبیه سازی فرایند انتقال حرارت با استفاده از فین و مواد متخلخل
500,000 تومان
آخرین بروزرسانی : 30 آذر, 1400
بررسی اجمالی محصول
با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی مواد متخلخل با خواص تعادلی و غیرتعادلی همراه با منبع حرارتی در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.
تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.
نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی فرایند انتقال حرارت با استفاده از فین و مواد متخلخل
مقدمه ای بر محیط های متخلخل
محیط متخلخل ماده ای است متشکل از یک شبکه ی جامد که توسط فضاها و یا منافذ بین آنها به یکدیگر متصل شدهاند. فضاهای خالی بین منافذ امکان جاری شدن سیال درون شبکه را فراهم میکند.
یکی از کاربردهای مهم محیط های متخلخل، ایجاد سطح انتقال حرارت بیشتر جهت افزایش انتقال حرارت در تجهیزات و ابزاری است که نیاز به خنک کاری میباشند. محیط های متخلخل در صنایع نفت و گاز، مهندسی آب، خاک شناسی، مصالح ساختمانی و ….. مورد استفاده قرار میگیرد. شکل 1 نمایی از یک محیط متخلخل را نشان میدهد.
شکل 1 : نمایی از یک محیط متخلخل
شرح مسأله
در این مسأله، جریان هوایی در راستای قائم و رو به پایین درون محفظه ای استوان های شکل جریان مییابد. جریان هوا باید به صورت توسعه یافته فرض گردد؛ از اینرو، ارتفاع استوانه نسبتاً بلند فرض شده است تا جریان هوا درون آن حالت فراگیر پیدا کند. در بخش پایین استوانه، یک فین استوان های شکل کوچک قرار دارد که به عنوان جسم جامد از جنس آلومینیوم میباشد. در فضای بین دو استوانه ی خارجی و داخلی، محیط متخلخلی از جنس فوم آلومینیومی قرار گرفته است. در بخش زیرین کف کل مدل، یک منبع حرارتی از جنس مس اعمال شده است. ویژگی این مسأله، به کارگیری سطوح مشترک (interface) در سه ناحیه میباشد که عبارتند از مرز مشترک بین محیط متخلخل و فین آلومینیومی، مرز مشترک بین هوا و فین آلومینیومی، و مرز مشترک بین محیط متخلخل و هوای آزاد. در دو حالت ابتدایی، از آنجایی که در یک سمت مرز از جسم جامد آلومینیومی استفاده شده است، فقط انتقال حرارت از مرزها صورت میگیرد و انتقال جرمی حاصل نمیشود؛ در حالی که در حالت آخر، علاوه بر انتقال حرارت، انتقال جرم نیز به وقوع میپیوندد. هدف از این مسأله، افزایش سطح انتقال حرارت با استفاده از فین آلومینیومی و محیط متخلخل آلومینیومی جهت افزایش انتقال حرارت بین چشمه ی حرارتی و محیط اطراف و درنتیجه خنککاری منبع حرارتی میباشد. شکل 2 شماتیکی از مدل مسأله را نشان میدهد.
شکل 2 : شماتیکی از مدل مسأله
برای شبیه سازی حاضر از چند فرض استفاده شده است:
- حل مسأله بر اساس دیدگاه pressure-based انجام گرفته است.
- شبیه سازی مذکور از نظر زمانی به صورت پایا میباشد.
- اثر گرانش زمین بر روی مدل نادیده گرفته شده است.
گام 1) ترسیم هندسه و شبکه بندی
هندسه ی مدل حاضر با استفاده از نرم افزار design modeler طراحی شده است. مدل حاضر دو بعدی بوده و به دلیل ساختار متقارنش، به صورت تقارنی رسم شده است. این مدل از سه بخش اصلی تشکیل شده است که عبارتند از: فضای مخصوص جریان هوای آزاد ورودی، فضای مربوط به محیط متخلخل آلومینیومی و فضای مخصوص یک فین جامد آلومینیومی. شکل 3 نمایی از هندسه ی تعریف شده را نشان میدهد.
شکل 3 : نمایی از هندسه ی ترسیمی
شبکه بندی مدل حاضر توسط نرم افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه بندی به صورت با سازمان انجام شده و تعداد سلول ها معادل 7860 میباشد. شکل 4 نمایی از شبکه بندی انجام گرفته را نشان می دهد.
شکل 4 : نمایی از شبکه بندی
گام 2) مراحل شبیه سازی
خلاصه ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول 1 آمده است :
تعریف interface :
با توجه به مسأله ی حاضر، مرزهایی بین جریان هوا، فین جامد و محیط متخلخل تعریف شده است. برای ایجاد امکان انتقال حرارت و یا انتقال جرم بین این مرزها باید از دستور mesh interface استفاده کرد؛ به طوری که مرز بین محیط متخلخل و فین جامد و همچنین مرز بین فین جامد و جریان هوا فقط انتقال دهنده ی حرارت میباشد، اما مرز بین محیط متخلخل و جریان هوا هم انتقال دهندهی جرم و هم انتقال دهنده ی حرارت مییاشد. سطح مشترک بین ناحیه ی متخلخل و جریان هوا با نماد e، سطح مشترک بین ناحیه ی متخلخل و فین آلومینیومی با نماد q و سطح مشترک بین فین آلومینیومی و جرین هوا با نماد w مشخص شده است.
تعریف محیط متخلخل :
مقاومت لزجی (viscous resistance) در محیط متخلخل معادل معکوس نفوذپذیری سیال درون محیط متخلخل میباشد که این مقدار در مسأله برابر 58888270 1.m-2 میباشد. همچنین مقدار مقاومت اینرسی (inertial resistance) برابر 1000.794 1.m-1 در نظر گرفته شده است.
ضریب تخلخل در محیط متخلخل معادل نسبت فضای خالی به فضای کل محیط میباشد که این ضریب در مسأله ی حاضر برابر 0.87 میباشد. محیط متخلخل موجود در مسأله به صورت غیرتعادلی میباشد؛ از اینرو، باید گزینه ی non-Equilibrium فعال گردد.
به طور کلی گاهی اوقات فرض تعادل حرارتی بین بین محیط جامد و سیال مناسب نیست ؛ زیرا دلایلی مانند خصوصیات فیزیکی فازهای جامد و مایع و و یا وجود مقیاس های مختلف هندس ی در مرزها موجب ایجاد اختلاف دماهای محلی بین فازها میگردد. در زمان استفاده از معادلات حرارتی غیرتعادلی، یک ترم مربوط به منبع حرارتی حاصل میگردد که طبق رابطه ی ، نیاز به تعریف مقدار hsf و Asf میباشد. بنابراین مقدار تراکم ناحیه ی بین سطحی برابر 2864.27 1.m-1 و مقدار ضریب انتقال حرارت برابر 54.78671 W.m-2.K-1 فرض شده است.
دیدگاه
دیدگاهی ثبت نشده.