آموزش شبیه سازی جریان حرکت یک جسم شناور بر روی آب با روش dynamic mesh

آموزش شبیه سازی جریان حرکت یک جسم شناور بر روی آب با روش dynamic mesh


750,000 تومان

( آخرین بروزرسانی : 14 شهریور, 1401 )

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی جریان حرکت یک جسم شناور بر روی آب با روش dynamic mesh در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی جریان حرکت یک جسم شناور بر روی آب با روش dynamic mesh

شرح مسأله

مسأله حاضر به شبیه سازی حرکت یک جسم شناور بر روی آب به روش مش دینامیکی با استفاده از نرم افزار ansys fluent پرداخته است. در این شبیه سازی، یک ناحیه محاسباتی دارای آب با سطح معین طراحی شده است؛ به طوری که یک عدد شناور بر روی سطح آب شناور است. در این گونه مدل ها نیاز به تغییر لحظه‌ای و وابسته به زمان در شبکه بندی مدل براساس نوع تغییر مکان در مرزهای مجاور شبکه ها داریم 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 شناور طراحی شده و سپس سه ناحیه محاسباتی در اطراف این شناور تولید 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. همچنین برای تعریف نوع رفتار مش دینامیکی از نوع شش درجه آزادی (six-DOF) استفاده شده است؛ بدین معنا که مدل قابلیت جابه‌جایی و تغییر مکان در شش درجه را داراست. برای تعریف نواحی دارای مش دینامیکی بدین صورت عمل می شود که یک ناحیه کوچک مکعب مستطیلی دور دیواره های شناور (float) ایجاد شده تحت عنوان ناحیه متحرک (moving) و یک ناحیه کمی بزرگتر دور بخش moving تعریف شده است تحت عنوان ناحیه اصلاح پذیر (deforming) و نهایتاً یک ناحیه کلی بزرگ دور همه این نواحی طراحی شده است که به عنوان ناحیه ساکن (stationary) تعریف شده است. بخش دیواره شناور (float) و ناحیه متصل به آن (moving) از نوع جسم صلب (rigid body) تعریف شده اند. این بدین معناست که شناور و یک ناحیه محدود در اطراف آن به صورت یک جسم صلب و یکپارچه عمل کرده و بدون تغییر در شبکه بندی می تواند به صورت انتقالی یا دورانی جابه‌جا بشود. از آنجایی که شناور مورد نظر ما فقط دارای دو درجه آزادی می باشد و فقط می تواند در راستای عمودی (محور z) بالا و پایین کند و یا دور محور مرکزی خود (محور y) 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 دو درجه آزادی استفاده شده است. لازم به ذکر است که در تنظیمات بخش مربوط به جسم صلب باید مختصات مکانی مرکز ثقل شناور تعریف گردد. دور این دو بخش، ناحیه deforming قرار گرفته است. این بدین معناست که شبکه بندی در این ناحیه، براساس تغییر مکان در مرزهای نواحی مجاور به صورت وابسته به زمان دچار اصلاح یا تغییر می شوند که این عمل با همان دو روش remeshing و smoothing صورت می گیرد. نهایتاً ناحیه بزرگ دربرگیرنده همه بخش ها به صورت ساکن بوده و دارای هیچ حرکت و هیچ تغییر شبکه‌ای نمی باشد. با توجه به این که شناور مورد نظر به صورت غوطه ور بر روی سطح آب تعریف شده است، 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. هر دو فاز آب و هوا با سرعتی برابر با 1.44 متربرثانیه در راستای افقی (محور x) جریان می یابند و در فشاری معادل با فشار اتمسفر خارج می شوند که در سطح خروجی مدل از شرط open channel برای تعریف سطح آب استفاده شده است. 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 7 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. دور شناور مذکور سه ناحیه محاسباتی مکعب مستطیلی طراحی شده است. باید سعی گردد که برای سهولت در شبیه سازی، خود شناور به گونه‌ای طراحی بشود که مرکز ثقل آن در مرکز راستای قائم (محور z) قرار بگیرد.

 

 

شبکه بندی مدل حاضر با استفاده از نرم افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه بندی در نواحی نزدیک به بدنه شناور به صورت بدون سازمان و در نواحی کلی مدل به صورت سازمان یافته انجام گرفته است. همچنین تعداد سلول های تولیدی در این شبکه بندی برابر با 902808 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- متربرمحذور ثانیه و در راستای z 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 فشار روی بدنه شناور و کانتورهای دو بعدی مربوط به سرعت و کسر حجمی هر یک از فازهای آب و هوا در نواحی اطراف شناور حاصل شده اند. این کانتورها مربوط به ثانیه پایانی فرایند شبیه سازی می باشد. همچنین نمودار میزان جابه‌جایی انتقالی شناور در راستای قائم (محور z) بر حسب گذر زمان و نمودار میزان زاویه دوران یافته شناور حول محور مرکزی خود (محور y) بر حسب گذر زمان به دست آمده است. این نمودارها تغییرات مکانی زاویه‌ای و انتقالی را در مدت زمان 7 ثانیه نشان می دهد و همان طور که دامنه نوسان تغییرات در دو نمودار مذکور مشخص است، تقریباً تغییرات در ثانیه هفتم به کمترین میزان خود می رسد و درواقع می توان گفت که حرکت دورانی و انتقالی پس از این مدت زمان به میرایی می رسد. ضمناً مطابق شکل پیداست که موقعیت شناور در ثانیه هفتم در مکان z=0.021 و زاویه ytheta=-1.338 به ثبات و پایداری می رسد.

 

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی جریان حرکت یک جسم شناور بر روی آب با روش dynamic mesh”