آموزش شبیه سازی حرکت زیردریایی با یک درجه آزادی درون آب با روش مش دینامیکی

آموزش شبیه سازی حرکت زیردریایی با یک درجه آزادی درون آب با روش مش دینامیکی


750,000 تومان

( آخرین بروزرسانی : 14 شهریور, 1401 )

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی حرکت زیردریایی با یک درجه آزادی درون آب 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 حرکت زیردریایی با یک درجه آزادی درون آب با روش مش دینامیکی

شرح مسأله

مسأله حاضر به شبیه سازی حرکت یک زیردریایی درون آب با استفاده از روش مش دینامیکی در نرم افزار ansys fluent پرداخته است. در این شبیه سازی، یک ناحیه محاسباتی شامل آب و هوا با سطح مشخصی از آب طراحی شده است؛ به طوری که یک زیردریایی درون این ناحیه قرار گرفته است. با توجه به این که این زیردریایی درون ناحیه محاسباتی در حال حرکت است و درنتیجه بر روی شبکه بندی اطراف خود اثر می گذارد، پس نیاز به تغییر لحظه‌ای و وابسته به زمان در شبکه بندی مدل براساس نوع تغییر مکان در مرزهای مجاور شبکه ها می باشد و از این رو، برای تعریف تغییر لحظه ای شبکه بندی از از مدل مش دینامیکی (dynamic mesh) استفاده شده است. در ابتدای امر برای این شبیه سازی، یک عدد زیردریایی طراحی شده و سپس یک ناحیه محاسباتی شامل دو فاز آب و هوا در اطراف این زیردریایی طراحی شده است. در بخش تعیین روش های مش دینامیکی، از روش های smoothing و remeshing استفاده شده است. براساس روش smoothing، تعداد گره ها یا اتصالات بین شبکه ای تغییری نمی کند و فقط به تنظیم مش یک ناحیه با جابه‌جایی یا تغییر شکل مرزها می پردازد. این در حالی است که از روش remeshing برای مواقعی استفاده می شود که جابه‌جایی مرزها در مقایسه با سایز سلول های محلی بزرگ باشد تا به بازسازی سلول های مخرب حد بحرانی سایز بپردازد. در تعریف نواحی تحت مش دینامیکی، بخش دیواره مربوط به زیردریایی از نوع جسم صلب (rigid body) تعریف شده است. این بدین معناست که بدنه زیردریایی به صورت یک جسم صلب و یکپارچه عمل کرده و می تواند به صورت انتقالی یا دورانی جابه‌جا 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. از آنجایی که شناور مورد نظر ما فقط دارای یک درجه آزادی می باشد و فقط می تواند حول محور مرکزی خود (محور x) دوران کند، و در سایر درجات دارای قید بوده و هیچ گونه حرکت انتقالی یا دورانی ندارد، از یک تابع UDF برای تعریف کردن این نوع حرکت دارای یک درجه آزادی استفاده شده است. تابع UDF مربوط به حرکت دورانی زیردریایی بدین صورت تعریف می شود که در زمان 0 ثانیه تا 3 ثانیه از این مدلسازی، مقدار سرعت دورانی بین 1.5+ رادیان‌برثانیه و 1.5- رادیان‌برثانیه تغییر می یابد. لازم به ذکر است که در تنظیمات بخش مربوط به جسم صلب باید مختصات مکانی مرکز ثقل زیردریایی تعریف گردد. با توجه به این که زیردریایی مورد نظر درون یک ناحیه محاسباتی دارای دو فاز آب و حرکت می کند، باید از مدل جریان چندفازی VOF استفاده شود؛ به طوری که در بخش بالای ناحیه محاسباتی هوا و در بخش پایین آن آب تعریف گردد. از آنجایی که فرض ما بر این است که زیردریایی درون آب دریا در حال حرکت است، رفتار موجی برای جریان آب ورودی به ناحیه محاسباتی تعریف شده است. برای این کار باید گزینه open channel wave BC فعال گردد. بنابراین جریان آب ورودی با سرعت جریان متوسط برابر با 10 متربرثانیه در راستای افق (محور x) وارد می شود؛ به طوری که قعر موج آن در ارتفاع معادل 10.16- متر و قله آن در ارتفاع 0 متر تعریف شده است. همچنین جریان هوای ورودی با شرط مرزی فشار ورودی برابر با فشار اتمسفر (فشار نسبی صفر) وارد ناحیه می شود. نهایتاً جریان آب و هوا با فشاری برابر با فشار اتمسفر از ناحیه محاسباتی خارج 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 3 ثانیه با گام زمانی برابر با 0.01 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 و هوا بوده و یک عدد زیردریایی درون این ناحیه طراحی شده است. این ناحیه محاسباتی دارای یک مقطع تحت عنوان ورودی و یک مقطع تحت عنوان خروجی می باشد و چهار وجه دورتادور این ناحیه دارای شرط تقارنی (symmetry) می باشند.

 

 

شبکه بندی مدل حاضر با استفاده از نرم افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه بندی در این مدلسازی به صورت بدون سازمان و تعداد سلول های تولیدی در این شبکه بندی برابر با 316846 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 معادل با 9.81- متربرمجذورثانیه و در راستای y در نظر 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 کسر حجمی هر یک از فازهای آب و هوا و همچنین خطوط جریان دو بعدی در نواحی اطراف زیردریایی حاصل شده اند. این کانتورها در صفحه ای عمود بر محور افقی زیردریایی (صفحه موازی yoz) به صورت محلی حاصل شده اند. این کانتورها در زمان های مختلف از فرایند شبیه سازی به دست آمده اند. همان طور که از تصاویر مشخص است، زیردریایی حول محور مرکزی خود (محور x) دوران می کند و این حرکت دورانی مطابق udf تعریف شده دارای حرکات رفت و برگشتی ساعتگرد و پادساعتگرد در گذر زمان است.

 

 

 

 

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی حرکت زیردریایی با یک درجه آزادی درون آب با روش مش دینامیکی”