آموزش شبیه سازی جریان اطراف توربین آبی محور عمودی نوع darrieus با روش مش دینامیکی

آموزش شبیه سازی جریان اطراف توربین آبی محور عمودی نوع darrieus با روش مش دینامیکی


با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی جریان اطراف توربین آبی محور عمودی نوع darrieus با روش مش دینامیکی در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی جریان اطراف توربین آبی محور عمودی نوع darrieus با روش مش دینامیکی

شرح مسأله

مسأله حاضر به شبیه سازی حرکت جریان آب در اطراف یک توربین آبی محور عمودی مغروق در آب با استفاده از روش مش دینامیکی در نرم افزار ansys fluent پرداخته است. توربین آبی مورد نظر از دسته توربین های محور عمودی و از نوع darrieus می باشد؛ به طوری که محور دوران توربین عمود بر راستای جریان حرکت آب است. برای این شبیه سازی، یک توربین محور عمودی با سه پره درون یک ناحیه محسباتی نسبتاً بزرگ طراحی شده است که این ناحیه محاسباتی فقط دارای جریان آب می باشد. در این شبیه سازی فرض می شود که توربین عمودی درون جریان آب در حال چرخش است و به همین دلیل، این حرکت دورانی بدنه پره های توربین بر روی شبکه بندی اطراف خود اثر می گذارد؛ به طوری که موجب تغییر لحظه ای و وابسته به زمان در شبکه بندی مدل براساس نوع تغییر مکان در مرزهای مجاور سلول ها می شود. بنابراین، برای تعریف تغییر لحظه ای شبکه بندی در اطراف پره های توربین در حال چرخش، از مدل مش دینامیکی (dynamic mesh) استفاده شده است. برای تعریف بهتر مش متحرک، یک ناحیه استوانه ای شکل از درون کل ناحیه محاسباتی جدا شده است، به طوری که این ناحیه دربرگیرنده پره های توربین می باشد. حال برای تعریف نواحی تحت مش دینامیکی، دیواره های مربوط به بدنه پره های توربین و همچنین ناحیه متمایز شده اطراف پره های توربین، از نوع جسم صلب (rigid body) تعریف شده است. این بدین معناست که بدنه پره های توربین و ناحیه دربرگینده آن، به صورت یک جسم صلب و یکپارچه عمل کرده و می تواند به صورت انتقالی یا دورانی جابجا بشود. این رفتار جسم صلب بدین معناست که بدنه خود جسم دچار تغییر نمی شود و فقط شبکه بندی نواحی اطراف خود را در گذر زمان تغییر می دهد. برای تعریف حرکت دارای چند درجه آزادی برای پره های توربین می توان از دو روش استفاده کرد؛ هم می توان از یک تابع UDF برای تعریف این حرکت استفاده کرد و هم می توان به صورت دستی در نرم افزار fluent تعریف نمود. از آنجایی که مدل مورد نظر توربین است، فقط دارای حرکت چرخشی است و از طرفی دیگر، این حرکت چرخشی فقط حول یک محور می تواند صورت بگیرد. بنابراین، برای تعریف نوع حرکت جسم صلب، باید یک حرکت دورانی دارای یک درجه آزادی تعریف کرد؛ بدین صورت که جرم پره ها را معادل 1 kg در نظر گرفته و ممان اینرسی پره را معادل با 3.09 kg.m2 در نظر گرفت. همچنین با توجه به ساختار هندسی مدل حاضر، محور دوران را در راستای محور مرکزی توربین عمودی یعنی محور z تعریف نموده و مرکز دوران را مرکز توربین یعنی مختصات (0.,0,0) تعریف کرد. همچنین شرایط مرزی این گونه تعریف می شود که جریان آب ورودی به ناحیه محاسباتی با سرعت جریان متوسط برابر با 1 m.s-1 در راستای افق (محور x) وارد می شود و با فشاری برابر با فشار اتمسفر از همین ناحیه محاسباتی خارج می شود. سطوح بالایی و کناری ناحیه محاسباتی نیز با شرط مرزی نوع تقارنی (symmetry) تعریف می شوند. با توجه به ماهیت اصلی مدل مبنی بر استفاده از مش متحرک، باید فرایند شبیه سازی از نظر زمانی به صورت ناپایا تعریف گردد که در مدل حاضر، فرایند شبیه سازی در مدت زمان 50 ثانیه با گام زمانی برابر با 0.05 ثانیه انجام گرفته است.

 

 

گام اول) ترسیم هندسه و شبکه بندی

مدل حاضر به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم افزار design modeler طراحی شده است. مدل شامل یک ناحیه محاسباتی دارای جریان آب بوده و یک عدد توربین آب درون این ناحیه طراحی شده است. توربین آبی از دسته توربین های محور عمودی و از نوع darrieus محسوب می شود. این توربین دارای سه پره به ارتفاع 0.5 متر می باشد. این ناحیه محاسباتی طوری تعریف شده است که مرکز توربین از مقطع ورودی دارای فاصله 3 متر و از مقطع خروجی دارای فاصله 10 متر و از سطوح بالا و کف نیز دارای فاصله 0.75 متر می باشد.

 

 

شبکه بندی مدل حاضر با استفاده از نرم افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه بندی در این مدلسازی به صورت هیبریدی انجام گرفته است؛ بدین ترتیب که شبکه بندی در نواحی اطراف بدنه توربین به صورت بدون سازمان بوده و در نواحی کلی مدل به صورت سازمان یافته می باشد. همچنین تعداد سلول های تولیدی در این شبکه بندی برابر با 7422668 می باشد.

 

 

گام 2) مراحل شبیه سازی

برای شبیه سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه سازی براساس دیدگاه مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه سازی فقط در حالت سیالاتی انجام گرفته است و به انرژی و انتقال حرارت نپرداخته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی ناپایا (unsteady) می باشد؛ زیرا مدل حاضر دارای مش دینامیکی و متغیر نسبت به زمان است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی سیال نادیده گرفته شده است.

 

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

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای دو بعدی مربوط به سرعت و فشار و انرژی توربولانسی جنبشی و همچنین خطوط جریان و بردارهای سرعت دو بعدی بر روی صفحه ای گذرنده از مرکز توربین به دست آمده است.

 

 

 

نقد وبررسی

نقد بررسی یافت نشد...

اولین نفر باشید که نقد و بررسی ارسال میکنید... “آموزش شبیه سازی جریان اطراف توربین آبی محور عمودی نوع darrieus با روش مش دینامیکی”

پیگیری سفارش
لیست مقایسه
شگفت انگیز ها
you tube
logo-samandehi