آموزش شبیه سازی جریان سیال در حضور میدان مغناطیسی با مدل MHD

آموزش شبیه سازی جریان سیال در حضور میدان مغناطیسی با مدل MHD

(دیدگاه کاربر 3)

750,000 تومان

( آخرین بروزرسانی : 14 شهریور, 1401 )

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی جریان سیال در حضور میدان مغناطیسی با مدل MHD در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی جریان سیال در حضور میدان مغناطیسی با مدل MHD

شرح مسأله

مسأله­ حاضر به شبیه­ سازی جریان سیالی با خواص رسانایی الکتریکی درون یک محفظه­ ساده­ مربعی شکل می ­پردازد. برای مدلسازی این کار از مدل MHD استفاده شده است. مگنوهیدرودینامیک (magnetohydrodynamic or MHD) علمی است که به بررسی خواص مغناطیسی سیالات دارای رسانایی الکتریکی می­ پردازد. درواقع، MHD به اندرکنش بین ذرات مغناطیسی داخل جریان سیال و میدان مغناطیسی می­ پردازد. در این حالت، میدان جریان سیال و میدان مغناطیسی با یک­دیگر ترکیب می­ شوند که تحت تأثیر القای جریان الکتریکی به خاطر حرکت ماده­ رسانا در یک میدان مغناطیسی و همچنین نیروی لورنتس حاصل از اندرکنش میدان مغناطیسی و جریان الکتریکی است. مدل MHD در شبیه ­سازی حاضر با روش magnetic induction تعریف شده است. این روش تعریف MHD شامل دو تابع میدان شار مغناطیسی اسکالر به صورت user-defined در دو راستای x و y می­ باشد؛ در حالی که روش electrical potential شامل یک تابع اسکالر ولتاژ می ­باشد. برای چهار مرز مربوط به ناحیه­ محاسباتی مسأله، شرط مرزی نوع دیوار عایق (insulating wall) تعریف شده است؛ بدین معنا که در این مرزها هیچ جریان الکتریکی انتقال نمی ­یابد. این در حالی است که از شرط مرزی دیوار رسانا (conducting wall) برای تعریف مرزهای کاملاً رسانا، از شرط مرزی دوطرفه (coupled wall) برای تعریف مرزهای مشترک بین دو ناحیه­ جامد و جامد یا مایع و جامد، و از شرط مرزی دیوار باریک (thin wall) برای تعریف شرط مرزی رسانایی الکتریکی محدود استفاده می­ شود. در شبیه ­سازی میدان مغناطیسی حاضر، معادلات مربوط به انرژی، معادلات مربوط به نیروی لورنتس، و معادلات مربوط به MHD فعال شده است و مطابق با آن، برای تعریف میدان مغناطیسی در مدل، یک source term به ترتیب برای انرژی، مومنتوم ­ها، و شارهای مغناطیسی اعمال شده است. مسأله­ حاضر ابتدا به بررسی عدد بی­ بعد پرانتل بدون اعمال مدل MHD می­ پردازد؛ بدین معنا که نسبت نفوذ اندازه­ حرکت به نفوذ حرارتی را در مدل بررسی می­ کند. سپس در یک مقدار ثابت از عدد پرانتل، به بررسی عدد هارتمن و به دنبال آن، مقدار شار مغناطیسی در حضور MHD می ­پردازد؛ بدین معنا که نسبت نیروی الکترومغناطیسی به نیروی ویسکوزیته را در مدل بررسی می­ کند. درنهایت، در یک مقدار ثابت از عدد هارتمن، تغییرات زاویه­ اعمال شار مغناطیسی به جریان سیال را مورد بررسی قرار می­ دهد. برای تعریف سیال مورد نظر، از چگالی برابر با 998.2 kg.m-3، ضریب رسانش حرارتی برابر با 0.6 W.m-1.K-1، ویسکوزیته­ دینامیکی برابر با 0.001003 kg.m-1.s-1، ضریب انبساط حرارتی برابر با 0.000214 K-1، و مقدار رسانایی الکتریکی برابر با 1000000 (siemense.m-1 (s3.A2.kg-1.m-2 استفاده شده است. حال طبق فرمول مربوط به عدد پرانتل، مقدار ظرفیت حرارتی مخصوص موجب تغییر عدد پرانتل می­ شود. مقدار عدد پرانتل در مدل­ های مختلف شامل 0.01، 0.02، 0.03 و 0.004 می ­باشد. همچنین طبق فرمول عدد هارتمن، مقدار شار مغناطیسی اعمالی موجب تغییر عدد هارتمن می­ شود. مقدار عدد هارتمن در مدل­ های مختلف شامل 0.003284، 0.006568، 0.013135، و 0.032838 می­ باشد. این مقدار هارتمن با تغییر اندازه­ شار مغناطیسی اعمالی به مدل دچار تغییر می­ شود اما این مقدار شار مغناطیسی در یک زاویه­ مشخص (به صورت قائم و فقط در جهت محور y) اعمال می ­شود. در بخش نهایی کار با فرض ثابت بودن مقدار شار مغناطیسی، جهت­ های مختلف برای اعمال میدان مغناطیسی در نظر گرفته شده است که شامل زاویه­ صفر درجه (به صورت افقی و فقط در جهت محور x)، زاویه­ 45 درجه با محور x، زاویه­ 60 درجه با محور x و زاویه­ 90 درجه (به صورت عمودی و فقط در جهت محور y) می ­باشد.

 

 

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه­ بندی

مدل حاضر به صورت دو­ بعدی و با استفاده از نرم ­افزار design modeler ترسیم شده است. مدل حاضر متشکل از یک فضای محاسباتی مربعی به ضلع یک متر می­ باشد که از چهار دیواره شامل up، down، left و right تشکیل شده است. شکل زیر نمایی از هندسه­ ترسیمی را نشان می­ دهد.

 

 

شبکه­ بندی مدل با استفاده از نرم ­افزار ansys meshing و به صورت با سازمان انجام گرفته است. تعداد سلول­ های ایجاد شده برابر 10000 می­ باشد. شکل زیر نمایی از شبکه ­بندی انجام گرفته را نشان می­ دهد.

 

 

گام 2) مراحل شبیه­ سازی

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

  • شبیه ­سازی مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه ­سازی در هر دو حالت سیالاتی و انتقال حرارتی انجام گرفته است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی پایا (steady) می­باشد؛ یعنی ترم زمان در حل مسأله در نظر گرفته نشده است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی سیال در نظر گرفته نشده 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 به فشار، سرعت، دما، و همچنین خطوط جریان دو بعدی در سه مرحله­ شبیه ­سازی مختلف حاصل شده ­اند. مرحله­ اول بدون اعمال مدل MHD بوده و عدد پرانتل و به تبع آن مقدار ویسکوزیته­ دینامیکی در چهار مقدار مختلف مورد مقایسه قرار گرفته است. مرحله­ دوم با تعریف مدل MHD بوده و با فرض عدد پرانتل ثابت، مقدار عدد هارتمن و به تبع آن اندازه­ شار مغناطیسی در چهار مقدار مختلف اما در یک جهت ثابت مورد مقایسه قرار گرفته است. در مرحله­ سوم نیز با تعریف مدل MHD بوده و با فرض عدد پرانتل و همچنین عدد هارتمن ثابت، راستای اعمال شار مغناطیسی در چهار زاویه­ مختلف اما با مقدار ثابت مورد مقایسه قرار گرفته است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 دیدگاه برای آموزش شبیه سازی جریان سیال در حضور میدان مغناطیسی با مدل MHD
  1. SaeedN

    خیلی عالی بود

  2. s.rahmati

    خیلی عالی بود

  3. sina

    بسیار عالی
    منتظر محصولات بیشتری در رابطه با mhd در سایتتون هستم

افزودن دیدگاه