نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی تشعشع بر روی دیوارهای مسجد دارای گنبد  

شرح مسأله

مسأله­‌ی حاضر به شبیه‌­سازی انتقال حرارت درون فضای داخلی یک مسجد پرداخته است. در مسأله­‌ی حاضر فرض شده است که انتقال حرارت به دو روش جابه‌­جایی و تشعشعی انجام می­‌گیرد. درواقع تأمین منبع گرمایش فضای داخلی ساختمان با استفاده از انرژی حرارتی تابشی خورشید و یک منبع حرارتی به کار رفته در کف زمین مسجد انجام می­‌گیرد. انتقال حرارت جابه­‌جایی بین دیواره­‌های جانبی مسجد، بام مسجد و گنبد آن با جریان هوای آزاد محیط اطراف با دمای 309 کلوین و ضریب انتقال حرارت جابه‌­جایی 10 وات‌برمترمربع‌کلوین انجام می­‌گیرد. انتقال حرارت تابشی نیز بر اثر تابش اشعه­‌های نور خورشید و با فرض ضریب جذب 0.8 برای سطوح، بر روی دیواره­‌های جانبی، بام و گنبد مسجد انجام می­‌گیرد. بنابراین برای شبیه­‌سازی مسأله­‌ی حاضر از مدل تابشی (radiation model) استفاده شده است. از آنجایی که فرض بر این است که جنس ساختمان مسجد و شیشه‌­های به کار رفته بر روی آن دارای ضریب جذب بالایی است، روش Rosseland مناسب می­باشد. همچنین برای اعمال تأثیر تابش پرتوهای خورشیدی از مدل solar load استفاده شده است. همچنین منبع حرارتی به کار رفته در کف زمین مسجد، به مقدار 30 وات‌برمترمربع شار حرارتی به کف زمین مسجد با فرض ضخامت 20 سانتی‌متر برای کف اعمال می­‌کند. از آنجایی که هدف اصلی مسأله، بررسی بحث انتقال حرارت درون مسجد است، نیاز به وجود شرایط مرزی ورودی و خروجی نیست.

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه‌­بندی

هندسه­‌ی مدل حاضر به صورت سه‌­بعدی و با استفاده از نرم‌­افزار design modeler طراحی شده است. هندسه­‌ی مدل دارای ساختمانی ساده می­‌باشد. ساختمان مسجد متشکل از یک گنبد، دایواره‌­های جانبی، کف، بام و چند ستون داخلی است. شکل زیر نمایی از هندسه­‌ی ترسیمی را نشان می‌­دهد.

شبکه‌­بندی مدل حاضر توسط نرم‌­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه‌­بندی به صورت بدون سازمان انجام شده و تعداد سلول­‌ها معادل 674066 می­‌باشد. شکل زیر نمایی از شبکه‌­بندی انجام گرفته را نشان می‌­دهد.

برای شبیه­‌سازی حاضر از چند فرض استفاده شده است:

• حل مسأله بر اساس دیدگاه مبتنی بر فشار (pressure-based) انجام گرفته است.
• شبیه­‌سازی به بررسی رفتار سیالاتی و انتقال حرارتی پرداخته است.
• شبیه‌­سازی مذکور از نظر زمانی به صورت پایا (steady) می‌­باشد؛ یعنی ترم زمانی در حل مسأله نادیده گرفته شده است.
• اثر گرانش زمین بر روی مدل برابر 9.81- متربرمجذورثانیه  در راستای محور z در نظر گرفته شده است.

گام 2) مراحل شبیه­‌سازی

خلاصه‌­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است :

معرفی مدل radiation

به طور کلی انتقال حرارت سیالات در سه دسته صورت می‌­گیرد که شامل انتقال حرارت هدایتی، جابه‌­جایی و تشعشعی می‌­باشد. انتقال حرارت تشعشعی عبارت است از انتقال حرارتی که از طریق امواج الکترومغناطیسی صورت می­گیرد. به طور کلی، همه­‌ی اجسام در دمایی مشخص، از سطح خود حرارتی را ساطع می­‌کنند که به عنوان انتقال حرارت تشعشعی شناخته می‌­شود؛ بدین ترتیب می­‌توان گفت که علت اصلی انتقال حرارت تشعشعی، حرکات دورانی و ارتعاشی مولکو‌‌‌ل­‌ها، اتم‌­ها و الکترون‌­هاست که درواقع مقدار دما برایند این تحرکات را نشان می‌­دهد.

مدل­‌های انتقال حرارت تشعشعی مختلفی در نرم‌­افزار فلوئنت وجود دارند که شامل مدل­‌های DO، DRTM، P1، S2S، Rosseland، MC و solar ray tracing می­‌شود.

مدل Rosseland برای حالت‌­هایی هست که محیط خیلی ضخیم نوری وجود داشته باشد. این مدل برخلاف سایر مدل­‌های تشعشعی نیاز به تعریف ضریب انتشار داخلی دیواره‌­ها (internal emissivity) در بخش شرایط مرزی ندارد؛ یعنی نرم‌­افزار به طور پیش فرض این مقدار را برابر با یک در نظر می­‌گیرد. از مزایای این روش شامل هزینه‌­ی محاسباتی پایین و عدم نیاز به معادلات انتقالی می­‌باشد؛ در حالی که محدودیت‌­های آن شامل قابل استفاده بودن فقط در محیط‌­های دارای ضخامت نوری بالا و غیرقابل استفاده بودن در مدل­های حل مبتنی بر چگالی می­‌باشد. ضخامت نوری به عنوان معیاری برای بیان مقدار شدت تابش جذب شده است که این معیار برابر با حاصل­‌ضرب ضریب جذب در مقدار متوسط طول مشخصه‌­ی جسم مورد نظر است. پس اگر مقدار ضخامت نوری بالا (بزرگتر از سه) بود، از روش Rosseland استفاده می­‌کنند؛ در حالی که از روش P-1 برای ضخامت نوری بالاتر از یک، از روش S2S برای ضخامت نوری صفر و از روش‌­های DO و DTRM برای تمام مقادیر ضخامت‌­های نوری استفاده می­‌شود. از نظر کاربردی، روش Rosseland برای کاربردهای شیشه‌­ای (به دلیل ضریب جذب بالا) مناسب­‌تر هستند.

مدل solar load model برای فعال‌سازی بار حرارتی انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار می‌­گیرد. بار خورشیدی نوع solar ray tracing به عنوان الگوریتمی برای انتقال انرژی تشعشعی خورشید می­‌باشد که با تمام مدل‌­های تشعشعی ذکر شده سازگاری دارد. البته این حالت فقط برای مدل­‌های سه­‌بعدی قابل استفاده است. با انتخاب این مدل می‌­توان مشخصه‌­های تابش خورشید بر روی سطوح و اجسام را با تعریف طول و عرض جغرافیایی و ساعت منطقه­ زمانی در بخش global position، تعریف جهات شمال و شرق قرارگیری جسم مورد نظر نسبت به تابش خورشید در بخش mesh orientation و تعریف روزها و ساعت­‌های تابش در بخش date and time اعمال کرد. همچنین می­‌توان جهات تابش اشعه­‌های خورشید را با استفاده از مختصات کارتزین در بخش sun direction vector تعریف کرد. با انتخاب گزینه solar calculator، می­‌توان به تعریف مقادیر مربوط به پرتوافکنی مستقیم اشعه‌­های خورشیدی (direct solar iradiation) و پرتوافکنی پراکنده­‌ی اشعه‌­های خورشیدی (diffuse solar iradiation) توسط خود نرم‌­افزار بر اساس داده­‌های ورودی ما پرداخت.

شرط مرزی نیمه­ شفاف (semi-transparent) برای مدلسازی مواردی مثل تخته‌­های شیشه‌­ای موجود در هوا استفاده می­‌شود و از مدل مات (obaque) برای مدلسازی دیوارهای مات که مانند اجسام خاکستری رفتار می‌­کنند، استفاده می­‌شود. با فعالسازی گزینه­‌ participate in solar ray tracing، شرط مرزی انتخابی تحت اثر نیروهای تشعشعی انرژی خورشیدی قرار می‌­گیرد.

گام 3) نتایج نهایی

پس از فرایند حل، کانتورهای دو بعدی و سه بعدی مربوط به دما، فشار، سرعت و همچنین بردارهای سرعت دو بعدی و سه بعدی حاصل شده‌­اند. کانتورهای دو بعدی در دو مقطع yoz و xoz عبوری از وسط ساختمان مسجد ترسیم شده‌­اند.

خدمات شرکت پردازشگران مهر

برای مدلسازی و شبیه سازی مسائل انتقال حرارت در نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) با ما تماس بگیرید. شرکت ما کارشناسان را در زمینه های مختلف مهندسی جمع آوری کرده است تا از کیفیت شبیه سازی CFD اطمینان حاصل شود. شرکت مهر اولین شرکتی است که شما می توانید با اطمینان خاطر سفارش پروژه CFD  خود را آنلاین انجام دهید. یکی از اهداف ما این است که استفاده از روش های قدرتمند محاسباتی دینامیک سیالات را افزایش داده و مهندسان و کسانی که به دنبال دانش حرفه ای در CFD هستند را آموزش دهیم.

شبیه سازی های دینامیک سیالات محاسباتی با خدمات ما آسان خواهد شد. برای آموزش کاربرد های CFD و نرم افزارهای شبیه سازی با ما تماس بگیرید. پیشنهاد ما به شما خدمات زیر است. آموزش فلوئنت ,آموزش دینامیک سیالات محاسباتی ,انجام پروژه فلوئنت,مشاوره CFD  ,شبیه سازی با فلوئنت,انجام شبیه سازی با  فلوئنت,مشاوره پایان نامه فلوئنت,آموزش پایان نامه فلوئنت. مهندسان با تجربه ما مشاوره پیشرفته و پشتیبانی فنی مناسب را برای پروژهای دانشگاهی و صنعتی در اختیار شما قرار خواهند داد. شرکت پردازشگران مهر دارای سال ها تجربه در مدیریت و انجام پروژه های CFD است. ما آماده ایم که بهترین خدمات شبیه سازی را در فیلدهای مختلف مهندسی به شما ارائه دهیم.