آموزش شبیه سازی نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر لوله های ساحلی زیر آب دریا

آموزش شبیه سازی نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر لوله های ساحلی زیر آب دریا


500,000 تومان

آخرین بروزرسانی : 30 آذر, 1400

بررسی اجمالی محصول

با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر لوله های ساحلی زیر آب دریا در نرم افزار ansys fluent به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.


تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.

نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر لوله های ساحلی زیر آب دریا

شرح مسأله

مسأله­ حاضر به شبیه سازی جریان آب دریا حول خطوط لوله­ کشی ساحلی درون آب دریا پرداخته است. حرکت موجی جریان آب دریا بر روی خطوط لوله نیروهای درگ و لیفت ایجاد می­ کند. بنابراین محل استقرار این خطوط لوله­ انتقالی باید در حالتی بهینه باشد تا نیروهای هیدرودینامیکی کمتری را متحمل گردد. یکی از پارامترهای هندسی مورد سنجش در مسأله­ حاضر، نسبت فاصله­ کف لوله تا کف دریا می ­باشد. با توجه به این که حرکت آب دریا به صورت موجی می ­باشد، باید به تعریف سرعت ورودی به صورت معادله­ یک جریان موجی با استفاده از تابع udf پرداخت. همچنین، از آنجایی که فشار درون آب دریا دارای فشار نسبی نسبت به فشار اتسفر می ­باشد، و بر اثر حرکت موجی شکل آب دریا فشار دچار تغییرات می­ شود، از معادله­ فشار محیط در موج در قالب تابع udf استفاده شده است. توابع مربوط به سرعت موجی جریان آب ورودی در راستای افقی، فشار نسبی موج، انرژی جنبشی توربولانسی و نرخ اتلاف توربولانسی به صورت زیر می باشند که همگی به صورت تایع udf برای نرم­ افزار تعریف شده ­اند. هدف از مسأله­­ حاضر، مقایسه­ مقدار نیروهای هیدردینامیکی اعمالی بر روی خط لوله در بازه­ زمانی یک دوره­ تناوب موج دریا جهت دستیابی به حالت بهینه می ­باشد. بررسی نیروهای هیدرودینامیکی در گذر زمان انجام گرفته است؛ به طوری که شبیه ­سازی در مدت زمان 10.3 ثانیه (معادل یک دوره­ موج کامل) و با گام زمانی برابر با 0.02 ثانیه انجام گرفته است.

 

 

 

در مسأله­ حاضر، طول موج آب دریا (فاصله­ بین دو قله­ موج) برابر 163.20 متر در نظر گرفته شده است که مدت زمان مربوط به آن (همان زمان دوره­ تناوب) برابر 10.3 ثانیه در نظر گرفته شده است. بنابراین، عدد بی ­بعد بسامد زاویه­ ای موج یعنی 2π/Tw برابر 2π/10.3=0.61 می­ شود. همچنین سرعت حداکثر در یک قله­ موج برابر 2.729 متربرثانیه فرض شده است. ضمناً km و Ԑm به ترتیب بیانگر حداکثر انرژی جنبشی توربولانسی و حداکثر نرخ اتلاف توربولانسی می­ باشد. در رابطه­ مربوط به فشار موج دریا، H معادل ارتفاع موج دریا، d برابر عمق آب دریا، z- معادل ارتفاع ستون آب روی نقطه ­ای که فشار دینامیکی برای آن محاسبه می­شود، و d-(-z) برابر فاصله­ نقطه­ ای که فشار دینامیکی برای آن محاسبه می­ شود تا کف دریا می­ باشد.

 

 

گام 1) ترسیم هندسه و شبکه ­بندی

مدل حاضر به صورت دو ­بعدی و با استفاده از نرم ­افزار ICEM ترسیم شده است. مدل حاضر متشکل از یک فضای مستطیلی مخصوص جریان آب دریا و یک مقطع دایروی به عنوان مقطع لوله می ­باشد. دو پارامتر طولی مهم در مدل، قطر لوله (D) و حد فاصله­ بین پایین لوله تا کف زمین دریا (e) می­ باشد که با نسبت e/D سنجیده می ­شود. قطر لوله دارای مقدار ثابت برابر 0.4 متر می­ باشد، و مقدار e در دو حالت مختلف برابر با 0.2 متر و 0.1 متر در نظر گرفته شده است. ضمناً طول و ارتفاع مربوط به فضای مخصوص آب دریا به ترتیب برابر 12 متر و 3.24 متر می ­باشد.

 

 

شبکه­ بندی مدل با استفاده از نرم­ افزار ICEM و به صورت سازمان یافته انجام گرفته است. تعداد سلول ­های ایجاد شده برابر 135417 م ی­باشد و سلول های مجاور مقطع دایروی ریزتر و با دقت­ تر می­ باشد. در واقع دور مقطع دایروی به به پنج بخش مختلف تقسیم شده است و مش­ بندی به صورتی انجام گرفته که در فضای نزدیک به دایره، کیفیت و دقت مش بالاتر می­ باشد.

 

 

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 فقط در حالت سیالاتی انجام گرفته است؛ یعنی از دیدگاه انرژی و انتقال حرارتی بحث نشده است.
  • مدل حاضر از نظر زمانی ناپایا (unsteady) می ­باشد؛ زیرا هدف مسأله، بررسی مقدار نیروهای هیدرودینامیکی در گذر زمان است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی سیال به مقدار 9.81- متربرمجذورثانیه 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 سرعت و فشار و بردارهای دو بعدی سرعت به دست آمده­ اند. این کانتورها مربوط به دو حالت مختلف (e/D=0.5 و e/D=0.25) می­ باشد و در آخرین ثانیه­ فرایند شبیه­ سازی (10.3 ثانیه) یعنی در پایان یک دوره­ تناوب کامل به دست آمده ­اند. همچنین نمودارهای تغییرات نیروهای هیدرودینامیکی درگ و لیفت و ضرایب درگ و لیفت بر حسب گذر زمان به دست آمده­ اند. این نمودارها نیز مربوط به دو حالت مختلف (e/D=0.5 و e/D=0.25) می­ باشد.

 

 

 

 

 

وقتی e/D=0.25 باشد :

 

وقتی e/D=0.5 باشد :

 

 

 

 

دیدگاه

دیدگاهی ثبت نشده.

اولین نفری باشید که نظر می دهید برای “آموزش شبیه سازی نیروهای هیدرودینامیکی وارد بر لوله های ساحلی زیر آب دریا”