برگشتن به کشاورزی

دانلود پایان نامه ارشد : آناليز جريان بر روي سرريز اوجي بر اساس (CFD)

۵,۲۰۰ تومان

Continue Shopping
دسته: برچسب: , , , , , , , , , , , , ,

توضیحات محصول

دانلود پایان نامه ارشد : آناليز جريان بر روي سرريز اوجي بر اساس (CFD)

115ص

 

 

دانشگاه آزاد اسلامي

واحد علوم و تحقيقات

 

 

پايان‌نامه كارشناسي ارشد رشته تاسيسات آبياري (M.Sc)

 

فهرست

چكيده: 1

فصل اول/كليات… 2

مقدمه. 3

CFD چيست؟. 6

نقش CFD در دنياي فناوري مدرن امروزي.. 7

اهميت انتقال حرارت و جريان سيال. 10

متدهاي پيشگويي.. 10

امتيازات يك محاسبه تئوري.. 11

هزينه كم. 11

اطلاعات كامل.. 12

توانايي شبيه سازي شرايط واقعي.. 12

توانايي شبيه‌سازي شرايط ايده‌آل. 12

نارساييهاي محاسبه تئوري.. 13

انتخاب متد پيشگوي.. 13

يك برنامه CFD چگونه كار مي‌كند؟. 14

توضيح سازگاري و پايداري.. 15

فصل دوم/تاريخچه. 17

تاريخچه. 18

فصل سوم/مفاهيم اساسي پايان‌نامه. 24

3-1- مقدمه. 25

3-2- انتخاب دبي طرح براي سرريز. 25

3-3- شكل‌گيري سرريز از نوع پيوند (Ogee) 26

3-4- سرريز WES.. 28

3-4-1- طراحي هيدروليكي سرريز WES.. 29

3-4-1- اثر ارتفاع سرريز و ارتفاع آب در سراب بر ضريب C.. 29

3-4-2- اثر شيب بدنه در سراب بر ضريب C.. 29

3-4-3- اثر ارتفاع آب و رقوم كف در پاياب بر ضريب C.. 30

3-4-4- اثر پايه‌هاي پل و دماغه سواحل بر ضريب دبي جريان. 32

3-4-5- طراحي بدنه سرريز WES.. 33

3-4-6- طراحي بدنه سرريز كوتاه بدون دريچه WES در تنداب‌ها 35

3-5- كنترل‌كاويتاسيون در سرريزهاي بلند. 36

فصل چهارم/آشنايي با برنامه Fluent Error! Bookmark not defined.

(روشهاي حل عددي استفاده شده در مدل Fluent) Error! Bookmark not defined.

4-1 قابليتها و محدوديتهاي نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-1-1- توانائيهاي نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

قابلييتهاي مدلسازي فيزيكي.. Error! Bookmark not defined.

الف- آشفتگي.. Error! Bookmark not defined.

ب-احتراق/واكنشهاي شيميايي.. Error! Bookmark not defined.

ج- تابش… Error! Bookmark not defined.

د- جريانهاي چند فازي.. Error! Bookmark not defined.

ه- جريانهاي فاز گسسته. Error! Bookmark not defined.

و- گزينه‌هاي شرائط مرزي.. Error! Bookmark not defined.

ز- توابع تعريف شونده توسط كاربر. Error! Bookmark not defined.

ح- ساير توانمنديها Error! Bookmark not defined.

توانا ئيهاي جديد نسخه‌هاي سري 6 نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-1-2- محدوديتهاي نرم‌افزار فلوئنت… Error! Bookmark not defined.

4-2- نگاهي گذرا به چگونگي استفاده از نرم‌افزار فلوئنت… 43

4-2-1- چگونگي شبيه‌سازي جريان به روش CFD.. 44

4-2-2- راه‌ اندازي نرم‌افزار فلوئنت… 46

راه‌اندازي نرم‌افزار فلوئنت در سيستم عامل UNIX.. 47

راه‌اندازي نرم‌افزار فلوئنت در سيستم عامل WINDOWS.. 47

4-3- روشهاي حل معادلات… 50

4-3-1 گسسته‌سازي معادلات… Error! Bookmark not defined.

4-3-1-1 روش تفاضل پيشرو مرتبه اول. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-2- روش Power Law.. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-3- روش پيشرو مرتبه دوم. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-4- روش QUICK.. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-5- شكل خطي شده معادله گسسته. Error! Bookmark not defined.

4-3-1-6- پارامتر Under-Relaxation. Error! Bookmark not defined.

4-3-2- روش حل Segregated. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-1- گسسته‌سازي معادله ممنتم. Error! Bookmark not defined.

روشهاي ميانيابي فشار. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-2- گسسته‌سازي معادله پيوستگي.. Error! Bookmark not defined.

4-3-2-3- گوپلينگ سرعت-فشار. Error! Bookmark not defined.

الگوريتم SIMPLE.. Error! Bookmark not defined.

روش SIMPLEC.. Error! Bookmark not defined.

روش PISO.. Error! Bookmark not defined.

تصحيح همسايه. Error! Bookmark not defined.

تصحيح تابيدگي.. Error! Bookmark not defined.

رفتار ويژه نيروهاي وزني قوي در جريانهاي چند فازي.. Error! Bookmark not defined.

4-3-3- روش حل Coupled. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-1- فرم برداري معادلات حاكم. Error! Bookmark not defined.

پيش شرط.. Error! Bookmark not defined.

تجزيه تفاضل شار. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-2- گام زماني براي جريانهاي پايا Error! Bookmark not defined.

روش صريح.. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-3- گسسته‌سازي موقتي براي جريانهاي ناپايا Error! Bookmark not defined.

گام زماني صريح.. Error! Bookmark not defined.

قدم زني دوگانه. Error! Bookmark not defined.

4-4 روش چند شبكه. Error! Bookmark not defined.

4-4-1 تقريب… Error! Bookmark not defined.

اصول روش چند شبكه‌اي.. Error! Bookmark not defined.

انتقال اطلاعات… Error! Bookmark not defined.

چند شبكه‌اي بي‌سازمان. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-4- چرخه‌هاي چند شبكه. Error! Bookmark not defined.

4-3-3-5- روش چند شبكه‌اي جبري (AMG) Error! Bookmark not defined.

4-4- مدلهاي تابشي و حرارتي.. Error! Bookmark not defined.

4-4-1- كاربردهاي انتقال حرارت تشعشعي.. Error! Bookmark not defined.

4-4-2- تشعشع خارجي.. Error! Bookmark not defined.

4-4-3-  انتخاب يك مدل تشعشع. Error! Bookmark not defined.

4-4-4- مدل تابشي DTRM… Error! Bookmark not defined.

– تئوري و معادلات حاكم مدل DTRM… Error! Bookmark not defined.

مسيريابي پرتو. Error! Bookmark not defined.

دسته‌بندي.. Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي مدل DTRM در ديواره‌ها Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي مدل DTRM در وروديها و خروجيهاي جريان. Error! Bookmark not defined.

4-4-5- مدل تابشي P–1. Error! Bookmark not defined.

تئوري و معادلات مدل P-1. Error! Bookmark not defined.

– پراكندگي غير همگن.. Error! Bookmark not defined.

– اثرات ذره در مدل P-1. Error! Bookmark not defined.

– شرط مرزي مدلP-1 در ديواره‌ها Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي مدل P-1 در وروديها و خروجيهاي جريان. Error! Bookmark not defined.

4-4-6- مدل تابشي راسلند. Error! Bookmark not defined.

– تئوري و معادلات مدل راسلند. Error! Bookmark not defined.

شرط مرزي راسلند در وروديها و خروجيهاي جريان. Error! Bookmark not defined.

4-4-7- مدل تابشي D O.. Error! Bookmark not defined.

– تئوري و معادلات مدل DO.. Error! Bookmark not defined.

4-5- جريانهاي چندفازي.. 55

4-5-1- مدل حجم سيال(VOF) 56

4-5-1-1- تئوري مدل VOF.. 57

ميانيابي در مرز تقابل بين فازها 58

– روش تجديد ساختار هندسي.. 59

– روش Donor-Acceptor. 60

– روش صريح اولر. 60

– روش ضمني.. 61

– كشش سطح.. 62

– چسبندگي ديواره 63

4-5-2- چگونگي استفاده از مدل VOF.. 64

– فعال سازي مدل VOF.. 65

– تعريف فازها 66

– فعال سازي كشش سطحي و چسبندگي ديواره 66

– انتخاب فرمولاسيون VOF.. 66

– چند مثال نمونه. 68

تنظيم پارامترهاي شبيه‌سازي جريان ناپايا براي مدل VOF.. 68

وارد كردن نيروي وزن در محاسبات VOF.. 69

تعيين شرائط مرزي.. 70

– تعيين شرائط اوليه كسرهاي حجمي.. 71

– استراتژيهاي حل.. 71

پس پردازش مدل VOF.. 73

4-5-2- مدل كاويتاسيون. 73

4-5-2-1- تئوري مدل كاويتاسيون. 74

– معادله كسر حجمي.. 74

– محاسبه انتقال جرم بين فازها 75

4-5-2-2- چگونگي استفاده از مدل كاويتاسيون. 76

– فعال‌ كردن مدل كاويتاسيون. 76

– تعريف فازها 77

– تنظيم پارامترهاي مدلسازي كاويتاسيون. 77

– تأثير نيروي وزن در محاسبات كاويتاسيون. 78

– تعيين شرائط مرزي.. 78

– استراتژي حل.. 78

4-5-3- مدل اختلاط خطاي جبري (ASM) 78

4-5-3-1- تئوري مدل اختلاط خطاي جبري (ASM) 79

– معادله كسر حجمي فاز ثانويه. 81

4-5-3-2- چگونگي استفاده از مدل ASM… 82

– فعال‌ كردن مدل ASM… 82

– تنظيم پارامترهاي مدل ASM… 83

– تعيين شرائط مرزي.. 83

– تعيين شرائط اوليه كسرهاي حجمي.. 84

– استراتژي حل.. 84

فصل پنجم/سد انحرافي گرمسار. Error! Bookmark not defined.

5-1- سد انحرافي گرمسار: 85

مقدمه: 85

5-2- مشخصات جغرافياي و عمومي سد انحراف گرمسار. 86

فصل ششم/نتايج آناليز جريان بر روي سرريز سد انحرافي گرمسار. 92

6-3 مراحل آناليز جريان بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار با استفاده از برنامه Fluent 93

6-3-1- تعريف كردن هدفهاي شبيه‌سازي.. 93

6-3-2- انتخاب مدل محاسباتي.. 93

6-3-3- انتخاب مدل فيزيكي.. 93

6-3-4- مراحل انجام پروژه تحقيقات: 94

6-3-4-1 توليد شكل : 94

6-3-4-2- شبكه بندي در نرم‌افزارهاي پيش‌پردازنده: 94

6-3-4-3- انواع شبكه‌ بندي.. 96

6-3-4-4- شبكه‌بندي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار: 97

6-3-4-5- بررسي شبكه‌بندي مدل سرريز اوجي انحرافي گرمسار. 98

6-3-5- تعيين شرايط مرزي براي شبكه‌بندي مدل سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار. 102

6-3-6- انتخاب شيوه محاسباتي و فرمول بندي حل مدل سرريز اوجي سد گرمسار در برنامه Fluent 104

6-3-7- تعيين خواص سيال. 104

فصل هفتم/بحث و نتيجه‌گيري.. 110

 نتيجه‌گيري و پيشنهادات : 111

پيشنهادات: 112

مراجع و منابع. 113

 

 

چكيده:

هدف اين پايان‌نامه تحقيق در مورد راهكارهاي حل نيمه دقيق از يك طرف و شبيه سازي عددي در مورد رفتار جريان سيال بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار مي‌باشد.

همچنين مقايسة نتايج بدست آمده بر روي سرريز اوجي بر اساس CFD يكي ديگر از اهداف اين پايان‌نامه مي‌باشد تا درمطالعات و طرحهاي آتي با اطمينان خاطر بيشتر از مدلهاي (CFD) استفاده گردد.

ضرورت تحقيق اين پايان‌نامه گسترش استفاده از مدلهاي (CFD) در داخل كشور مي‌باشد بطوريكه مدلهاي CFD در چند سال اخير نقش بسزايي را در مسائل صنعتي و آكادميك ايفا كرده است. در دو دهة قبل مسائل (CFD) به صورت آكادميك مطرح بوده ولي در دهة اخير در كشورهاي پيشرفته رواج گستره‌اي در صنعت پيدا كرده است.

براي انتخاب بهترين طرح براي بسياري از سدها بايد با صرفه ترين و دقيق‌ترين روش را براي بررسي چگوني رفتار جريان بر روي  سرريز در صورت وقوع سيل را در نظر گرفت. تا مدتي قبل استفاده از مدل فيزيكي تنها روش بررسي بوده ولي هم اكنون استفاده از روش (CFD) رواج گسترده‌اي پيدا كرده است كه هزينه و زمان بررسي كردن را پايين آورده است.

در اين پايان‌نامه نحوة رفتار جريان بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار با استفاده از برنامه Fluent و تحت سطوح بالا برندة مورد بررسي قرار گرفته است.

براي شبكه‌بندي مدل تاج سرريز سدانحرافي گرمسار از نوع شبكه‌بندي چند بلوكي استفاده شده است مدل تاج سرريز نيز به چهار ناحيه تقسيم‌بندي شده است و در حل اين پروژه از مدل Vof استفاده شده است. طبق نتايج حاصل از تحقيقات به عمل آمد بر روي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار براي 5/0=Hd/H بر روي تاج سرريز فشار منفي تشكيل نمي‌گردد و براي 1=Hd/H و 33/1=Hd/H بر روي تاج سرريز سد انحرافي گرمسار فشا منفي تشكيل مي‌گردد.

 

 

فصل اول

كليات

 

مقدمه

درمسائل مهندسي امروزي شناخت رفتار يا عكس العمل يك پديده نقش بسزائي دربررسي نتايج بدست آمده و طراحي دقيق مسائل مهندسي دارد، بطوريكه يك پژوهشگر يا محقق با  شناخت چگونگي رفتار يك پديده دربرخورد با مسائل مختلف مي تواند وضعيت فيزيكي پديده را درقبال مسائل مختلف مهندسي بهبود بخشد.

به عنوان مثال درطراحي بدنه خودرو اگر يك محقق عكس العمل يا رفتار هوا نسبت به خودرو را درسرعت هاي بالا درنظر نگيرد باعث مشكلات عديده اي خواهد شد بطوريكه دراين حالت ضريب بازدارندگي افزايش و درنتيجه نيروي بازدارندگي نيز افزايش مي يابد و اتومبيل براي رسيدن به يك سرعت مناسب بايستي نيروي بيشتري راتوليد كند كه در نتيجه باعث افزايش مصرف سوخت و ساير مشكلات خواهدشد. اما امروزه كارشناسان با شناخت رفتار و عكس العمل هوا نسبت به بدنه خودرو به اين نتيجه رسيده اند كه بايستي بدنه خودروها حالت آيروديناميكي داشته باشد تا با مشكلات ذكر شده مواجه نشوند.

لذا شناخت پديده و عكس العمل آن نسبت به مسائل مختلف در امور مهندسي امروزي مانند هوا و فضا، هيدروليك، سيالات و … از اهميت قابل توجهي برخودار است. دربرخورد مهندسان با مسائل و موضوعات هيدروليكي مشخص بودن چگونگي رفتار سيال كمك بسيار زيادي را در طراحي هرچه دقيق تر پروژه ها مي‌نمايد. حل برخي از مسائل هيدروليكي با روشهاي حل تحليلي امكان پذير مي باشد اما ممكن است دربرخي از موضوعات، حل تحليلي كمك قابل توجهي را به يك محقق ننمايد لذا بايستي ازحل عددي براي بررسي چگونگي رفتار سيال استفاده كرد. يكي از مسائل مهمي كه كارشناسان هيدروليك بايستي با آن آشنا باشند نحوه رفتار جريان برروي سرريزهاي سازه هاي آبي مي باشد. يكي از راه هاي شناخت رفتار جريان برروي سرريز استفاده از مدلهاي فيزيكي مي باشد.

نتايج مدلهاي فيزيكي درصورتيكه شرايط مدل به خوبي ايجاد گردد قابل قبول مي‌باشد. اما يكي از مشكلات مدلهاي فيزيكي درپروژه هاي مهندسي مدت زماني است كه طول مي كشد تا نتايج مورد بررسي و تجزيه و تحليل قرار گيرد به طوريكه ممكن است ماهها  و يا دربرخي از موضوعات هيدروليكي مانند بررسي ميزان كاوتياسيون سالها طول بكشد ويا اينكه يك محقق براي بررسي مدل فيزيكي گزينه هاي مختلف با محدوديت زماني مواجه باشد. ساخت مدل فيزيكي و تجزيه و تحليل نتايج آن هزينه قابل توجهي را درپي دارد لذا دربحث هزينه وزمان ممكن است كه يك محقق امكان استفاده از مدلهاي مختلف فيزيكي را براي بررسي دقيق تر نتايج نداشته باشد. دربرخي از پديده ها و موضوعات مهندسي امكان استفاده از مدل فيزيكي نمي باشد به عنوان مثال مدلسازي محيطي با درجه حرارت 4000 درجه به بالا ممكن است بسيار سخت و يا امكان پذير نباشد. لذا استفاده از حل عددي مسائل كمك شاياني را به يك محقق مي نمايد تا به بررسي موضوع بپردازد. به طوريكه مي توان با كمترين هزينه ودركمترين زمان گزينه هاي مختلفي را بررسي كرد.

همانطور كه اشاره شد شناخت نحوه رفتار جريان برروي سرريزسازه هاي  آبي از اهميت ويژه اي برخوردار است. معمولاً درطراحي سدهاي انحرافي ازسرريز نوع اوجي استفاده مي شود.

بررسي رفتار جريان برروي تاج سرريز براي دبي هاي بيشتر از دبي طراحي از اهميت بسزايي درطراحي تاج سرريز برخودار است به طوريكه اگر فشار ايجاد شده برروي تاج سرريزهاي اوجي كمتر از فشار اتمسفر گردد، فشار منفي برروي سرريز كه براي دبي هاي بيشتر از دبي طراحي اتفاق مي افتد باعث پديده كاوتياسيون مي گردد بطوريكه اين پديده خسارات جبران ناپذيري را براي بسياري از سازه هاي آبي به بار آورده است. ازجمله سازه هاي آبي كه با اين پديده روبرو هستند مي توان به سرريز سد شهيد عباسپور اشاره كرد كه براي دبي هاي بيشتر از دبي طراحي، مشكلاتي براي سرريز اين سد ايجاد شده است. همچنين مي توان به سد انحرافي گرمسار اشاره كرد كه تاج سرريز آن دچار خوردگي و كاويتاسيون گرديده است. لذا در اين پايان نامه نحوه رفتار جريان برروي تاج سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار با استفاده از نرم افزار fluent مورد بررسي قرارگرفته است. از آنجائيكه براي مهار آبهاي سطحي و سيلاب ها از سدهاي انحرافي با سرريز اوجي استفاده مي گرد لذا ضروريت انجام اين تحقيق آن است علل فرسايش و كاويتاسيون برروي سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار مشخص گردد و هدف اين تحقيق آن است با توجه به دقت نتايج بدست آمده براساس مدل عددي CFD)) برروي سرريز اوجي و با استفاده از نرم افزار Fluent بتوان با اطمينان خاطر بيشتري ازمدلهاي (CFD) استفاده كرد.

روش انجام كار بدين گونه مي باشد كه ابتدا بايستي مدل تاج سرريز توسط يك نرم افزار پيش پردازنده مدلسازي گردد نرم افزاري پيش پردازنده Fluent نرم افزار gambit مي باشد كه از قابليت هاي خوبي براي شبكه بندي و معرفي شرايط مرزي مدل برخوردار است.

تشريح فصول مختلف پايان نامه :

درفصل دوم اين پايان نامه تاريخچه استفاده از برنامه هاي CFD ارائه شده است و درفصل سوم مفاهيم اساسي پايان نامه ازجمله، هيدروليك جريان برروي سرريز اوجي وروشها و معيارهاي طراحي سرريز اوجي شرح داده شده است.

درفصل چهارم اين پايان نامه توضيحاتي درمورد نرم افزار fluent و روشهاي حل عددي به كارگرفته شده دراين نرم افزار شرح داد شده است و نقشه ها و اطلاعات كلي مربوط به سد انحرافي گرمسار ارائه شده است.

درفصل پنجم نتايج بدست آمده از نرم افزار fluent برروي مدل سرريز اوجي سد انحرافي گرمسار ارائه شده است كه دراين فصل به بررسي اشكال بدست آمده پرداخته شده است و درفصل ششم نتيجه گيري و پيشنهادات مربوط به اين تحقيق ارائه شده است.

جنبه فيزيكي پديده انتقال در ابعاد ماكروسكوپي، با استفاده از قوانين حركت نيوتن و اصول اساسي قوانين بقاي جرم، ممنتم، انرژي و گونه‌هاي شيميايي قانونمند شده است. براساس طبيعت مسئله و كميتهاي مورد نظر، اين مفاهيم اساسي را مي‌توان بصورت معادلات جبري، ديفرانسيلي و يا انتگرالي بيان نمود.

شبيه‌سازي عددي از جمله تكنيكهايي است كه معادلات انتقال حاكم را با معادلات جبري جايگزين كرده و يك توصيف عددي از پديده‌ها را در فضا و يا دامنه‌هاي محاسباتي فراهم مي‌كند. صرف نظر از طبيعت مسئله شبيه‌سازي عددي مستلزم داشتن مهارت كافي در زمينه‌هاي مربوطه از جمله محاسبات عددي مي‌باشد.

تمام مهندسان از يكي از سه روش تجربي، حل دقيق و حل عددي براي يافتن مقادير كميتهاي مسائل تعريف شده استفاده مي‌كنند. شبيه‌سازي عددي روشي مناسب براي ارائه كميتهاي معادلات انتقال مي‌باشد. معمولاً در روشهاي عددي مسائل بصورت سعي و خطا و با تكرار بسيار زياد حل مي‌شود. بديهي است كه انجام اين كار تنها با استفاده از كامپيوتر امكان پذير است. پيشرفت تكنيكهاي حل عددي و گسترش دامنه كاربرد آن براي مسائل پيچيده‌تر با پيشرفت فناوريهاي سخت افزاري و نرم‌افزاري ارتباطي مستقيم دارد. استفاده از ابركامپيوترها و پردازشگرهاي موازي در شبيه‌سازي عددي، مثال بارزي براي اثبات اين ادعا است.

CFD چيست؟

CFD يا همان ديناميك سيالات محاسباتي يك تكنيك شبيه‌سازي مجازي است. با استفاده از CFD مي‌توان يك جريان را بطور كامل شبيه‌سازي كرد. در شبيه‌سازي جريان به روش CFD لازمست كه مراحل زير به ترتيب اجراء شود.

  • مدلسازي فيزيكي.
  • توليد شبكه محاسباتي مناسب.
  • مدلسازي فيزيكي.
  • مدلسازي رياضي.
  • تعيين شرائط مرزي و اوليه.
  • تعيين استراتژي حل.
  • آناليز.
  • تهيه گزارش1.

در استفاده روش CFD نه تنها رفتار جريان پيشگوئي مي‌گردد، بلكه انتقال حرارت يا جرم، تغيير فاز، واكنشهاي شيميايي، جريانهاي چند‌فازي، حركتهاي مكانيكي (همانند حركت پره‌هاي پمپ) و خيلي مسائل ديگر مربوط به سيال را نيز مي‌توان شبيه‌سازي كرد. البته بايد توجه داشت كه براي هر مسئله خاص از معادلات حاكم مربوطه و نيز معادلات اسكالر اضافي، استفاده مي‌شود.

سه دليل عمده در بكارگيري از روش CFD وجود دارد. اولين دليل بينش2 است. سيستمها و دستگاه‌هاي متعددي وجود دارد كه ساخت آنها با پيچيدگيهاي متعددي همراه است. در تمامي شبيه‌سازي جريان به روش CFD مي‌توان تمام جزئيات جريان و همچنين آشكارسازي جريان را پوشش داد كه با استفاده از روشهاي ديگر تقريباً غير ممكن است. به اين ترتيب با استفاده از CFD مي‌توان به بينش و بصيرت كافي و همچنين شناخت بيشتر در سيستم يا دستگاه طراحي شده دست يافت  ]4[. دليل دوم دورانديشي است3 . از آنجا كه CFD رفتار جريان را پيشگوئي مي‌كند، لذا با تغيير متغيرهاي هندسي و يا فيزيكي طراح‌هاي جديد مي‌توان نتايج را براحتي با استفاده از اين روش پيش‌بيني كرد. بنابراين در مدت زمان كوتاهي و بدن ساخت سيستم يا دستگاه‌هاي نمونه مي‌توان به كارايي طرح جديد پي برد. و بطور كلي بكمك CFD و با دورانديشي دقيقتر مي‌توان سريعتر و بهتر طراحي كرد ]4[. در نهايت دليل سوم كارايي4 مي‌باشد. طراحي سريعتر و بهتر موجب كاهش زمان سيكل طراحي مي‌شود. بنابراين در زمان و هزينه تمام شده صرفه‌جويي مي‌گردد. توليدات سريعتر به فاز فروش مي‌رسد. بهينه‌سازي‌ها و ساخت نمونه‌هاي جديدتر نيز سريعتر انجام شده و در نهايت قيمت تمام شده براي محصولات كمتر مي‌شود. بنابراين CFD ابزاري براي كاهش زمان سيكل طراحي و بهينه‌سازي و در نهايت افزايش كارايي صنايع درگير است ]4[.

لازم به توضيح است، در بكارگيري از روش CFD و نيز نرم‌افزارهاي مربوطه، بايد از اطلاعات كافي در زمينه‌هاي مختلف تئوريها معادلات حاكم، مدلسازي فيزيكي و رياضي و نيز نقاط ضعف و قوت الگوريتمهاي بكار رفته براي شبيه‌سازي برخوردار بود. هرچه اطلاعات كاربران بيشتر باشد سريعتر و دقيقتر به جوابهاي نهايي مي‌رسند. بطور كلي هر چه به نرم‌افزار و تئوريهاي استفاده شده در آنها بيشتر آگاهي داشت مي‌توان از نرم‌افزار استفاده بهتري كرد.

نقش CFD در دنياي فناوري مدرن

شبيه‌سازي عددي جريان بعنوان يك ابزار غير قابل انكار در مهندسي بكار رفته كه بر اساس قوانين مبتني بر دانش آزمايشگاهي و تحليلي استوار است. بمنظور دستيابي به تمام جزئيات فيزيكي يك جريان، شبيه‌سازي جريان با توانايي حل معادلات حاكم با تمام پيچيدگيها در اواخر دهه شصت ميلادي شكل گرفت و خيلي سريع به ابزاري محبوب و قابل اعتماد در آناليزهاي مهندسي تبديل شد. امروزه شبيه‌سازي عددي دامنه وسيعي از آناليزهاي مهندسي را پوشش داده است.

يكي از اصلي‌ترين كاربردهاي CFD مربوط به آزمايشهاي تونل باد و مطالعات احتراق مي‌باشد. استفاده از CFD موجب كاهش قابل توجه هزينه‌هاي تمام شده نسبت به تستهاي تونل باد مي‌گردد. محاسبه پارامترهاي آئروديناميكي مربوطه به طراحي‌هاي مقدماتي بسيار ارزانتر از محاسبه اين پارامترها با استفاده از تستهاي تونل باد تمام مي‌شود. بهمين منظور در صنايع هواپيمايي تمام محاسبات پارامترهاي جريان براي طراحي‌هاي مقدماتي وسايل پرنده جديد از طريق CFD بدست مي‌آيد و از نتايج تستهاي تونل باد تنها در فاز نهايي طراحي و طراحي‌هاي تفصيلي استفاده مي‌شود. علاوه بر اين در شبيه‌سازي عددي جريانها، تمام جزئيات مربوط به ميدان جريان را مي‌توان محاسبه كرده و مشاهده نمود حال آنكه تحقق اين امر با استفاده از كارهاي آزمايشگاهي اگر امري غير ممكن نباشد اما بسيار پر هزينه و طولاني مدت خواهد بود. بعنوان مثال براي تعيين ضريب فشار روي يك سطح بال هواپيما، در روش CFD هيچ‌ گونه محدوديت و مشكل پيچيده‌اي وجود ندارد حال آنكه در روش تستهاي تونل باد هزينه و مدت زمان ساخت مدل مورد نياز بسيار گرانقيمت و طولاني مي‌باشد. همچنين تعداد نقاط تعبيه شده روي بال نيز محدود مي‌باشد. علاوه بر موارد ياد شده در بسياري از مسائل مهندسي انجان آزمايشهاي توأم با واكنشهاي شيميايي (كه در بسياري موارد گازهاي سمي حاصل واكنش شيميايي مي‌باشد) و جريانهاي همراه با حرارت بسيار بالا از پيچيدگيهاي بسيار زيادي برخوردار است در صورتيكه در شبيه‌سازي عددي براي حل اينگونه مسائل مشكلات ياد شده مشاهده نمي‌گردد. همچنين در برخي مطالعات سيالاتي تمايل بر اينست كه جريان ايده‌ال در نظر گرفته شود (نظير جريان آشفته دو بعدي) كه شبيه‌سازي اين موارد براحتي در CFD امكان پذير است.

با تمام موارد ياد شده سئوال اصلي در مورد CFD اينست كه تا چه اندازه شبيه‌سازي جريان در CFD دقيق بوده و مي‌توان به آن اعتماد كرد و اينكه چگونه مي‌توان به صحت نتايج حاصل از CFD پي برد. بايد توجه داشت كه خطا در شبيه‌سازي جريان در CFD غير قابل انكار است. خطاهاي ناشي از مدلسازي رياضي و گسسته‌سازي معادلات حاكم و تبديل آنها به معادلات جريان همواره وجود دارد. همچنين خطاي گرد كردن مقادير محاسبه شده بوسيله سخت‌افزار اجتناب ناپذير است. اما درصورتيكه جريان بدرستي در CFD شبيه‌سازي گردد اين خطاها به هيچ عنوان موجب نمي‌شود كه نتايج بدست آمده خطاي زيادي داشته باشد. در الگوريتمهاي جديد بهمراه شبكه‌بندي مناسب بيشترين خطا براي بحراني‌ترين پارامترها به كمتر از پنج درصد مي‌رسد. بهرحال ظهور انواع نرم‌افزارهاي CFD و نيز گسترش فعاليتهاي تحقيقاتي در اين زمينه نشان مي‌دهد كه CFD ابزاري مناسب و قابل اعتماد براي شبيه‌سازي جريان است.

براي تعيين صحت نتايج بدست آمده از CFD، براي هر رژيم جريان ابتدا بايد يك نمونه تست شده بوسيله آزمايش را بعنوان مرجع در نظر گرفت. سپس با آناليز جريان به روش CFD، حالت بهينة شبيه‌سازي را بدست آورد. در نهايت براي تمام رژيمهاي جريان مشابه، از راهكار بهينة يافته شده، استفاده كرد. بايد توجه داشت كه براي حل ميدان جريان مربوط به هر مسئله، لازمست كه نتايج بدست آمده مستقل از شبكه محاسباتي توليد شده باشد.

با تائيد صحت نتايج بدست آمده به روش CFD، اين روش به يك روش سريع و اقتصادي در صنعت تبديل شده است. امروزه در صنايع مختلفي همچون صنايع هواپيمايي، كشتي‌سازي، خودروسازي، تأسيسات، پتروشيمي، عمران و غيره، CFD بعنوان يك ابزار كاربردي در كشورهاي صنعتي بشمار مي‌رود. نرم‌افزارهاي بسياري براي شبيه‌سازي رژيمهاي مختلف جريان در كشورهاي مختلف طراحي و توسعه يافته است.

امروزه استفاده از روشهاي عددي در محاسبات كامپيوتري اهميت زيادي داشته و به عنوان ابزاري كارآمد در طراحي وسايل مهندسي به كار مي‌رود. علم ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) به صورت يك ابزار توانا براي تحليل رفتار جريان سيال و انتقال حرارت در سيستمهاي با هندسه ناموزون و معادلات حاكم پيچيده براي محققان و مهندسان در آمده و در دهه گذشته پيشرفت چشمگيري داشته است. در دهه 1980 حل مسايل جريان سيال توسط روش CFD، موضوع حوزه تحقيق بسياري از محققان فوق دكتري،‌دانشجويان دكتري و يا متخصصان شبيه‌سازي كه چندين سال به طور اصولي دوره ديده‌اند، در آمده و نرم‌افزارهاي تجاري زيادي به وجود آمده است. نرم‌افزارهايي كه در حال حاضر در بازار موجود است، ممكن است بسيار قوي باشند، اما عملكرد آنها هنوز نيازمند يك مهارت و درك بسيار بالا از سوي كاربر مي‌باشد، تا نتايج قابل قبولي در حالتهاي پيچيده به دست آيد. در حالي كه نرم‌افزارهاي تجاري CFD بر اساس المان محدود اخيراً رو به ضعف و زوا مي‌باشند، بازار به طور  مستمر در اختيار جهار نرم‌افزار PHOENICS، FLOW3D، STARCD، FLUENT قرار گرفته است كه اساس كار همه آنها پايه روش حجم محدود مي‌باشند، دقت اين نرم‌افزاها توسط محققان زيادي مورد تاييد قرار گرفته است. پيچيدگي معادلات حاكم بر مساله تاثير متقابل محدوديت استفاده از دستگاههاي اندازه‌گيري در بسياري از كاربردهاي علمي، از جمله دلايلي هستند كه استفاده از روشهاي تحليلي و آزمايشگاهي را در مقايسه با روشهاي عددي محدود مي‌كند.

گرچه منابع و نوشته‌هاي متعددي درباره تحليل محسابات ترموفلويد وجود دارد. اما افراد تازه‌كار در اين زمينه امكانات كافي ندارند. دانشجوي كارشناسي ارشد و بالاتر محقق و مهندس مجري يا بايد در لابلاي مقالات و مجلات كاوش كند، يا به اصول مقدماتي ارايه شده در كتابهاي آناليز عددي بسنده نمايد. پيشرفت يا شكست يك فعاليت محاسباتي را اغلب نكات ظريف آن معين مي‌كند، در حالي كه جزئيات كار كه من انجام محاسبات توسط گروههاي محاسب موفق آموخته مي‌شود،‌ بندرت در نوشته‌هاي آنها ديده مي‌شود. يك نتيجه هم اين است كه بسياري از محققين ياكار محاسباتي خود را بعد از پيگيري ماههاي زياد بي‌نتيجه رها مي‌كنند، يا طي يك برنامه بي‌ثمر تا انتها به كاوش خود ادامه مي‌دهند.

اهميت انتقال حرارت و جريان سيال

اهميت نقش اين فرآيندها همواره در زندگي ما و بسياري از كاربردهاي عملي مشاهده مي‌شود. تقريباً تمام روشهاي توليد توان شامل جريان سيال و انتقال حرارت به عنوان فرآيندهاي اصلي مي‌باشند. همچنين فرآيندها در گرمايش و تهويه مطبوع ساختمان نقش اساسي دارند،‌ در بخش‌هاي مهمي از صنايع شيميايي و متالوژي شامل قسمتهايي همچون كوره‌ةا، مبدلهاي حرارتي، كندانسورها و راكتورهاي فرآيندهاي ترموفلويد به كار گرفته مي‌شوند. اساس كار هواپيماها و راكتها مديو جريان سيال، انتقال حرارت و فعل و انفعال شيميايي مي‌ باشد. در طراحي ماشينهاي الكتريكي و مدارهاي الكترونيكي، اغلب انتقال حرارت و فعل و انفعال شيميايي مي‌باشد. در طراحي ماشينهاي الكتريكي و مدارهاي الكترونيك، اغلب انتقال حرارت عامل محدودكننده مي‌باشد. آلودگي محيط زيست اكثراً ناشي از انتقال حرارت و جرم مي‌باشد، همچنين اين عوامل در ايجاد طوفانها، سيلابها و آتش سوزيها نقش دارند. در مقابل حرارت و جرم مي‌باشد، همچنين اين عوامل در ايجاد طوفانها، سيلابها و آتش‌سوزيها نقش دارند. در مقابل تغيير شرايط جوي، بدن انسان به وسيلله انتقال حرارت و جرم درجه حرارتش را كنترل مي‌نمايد. به نظر مي‌رسد فرآيندهاي انتقال حرارت و جريان سيال به تمام جنبه‌ةاي زندگي ما سرايت كرده است.

متدهاي شبيه سازي

پيشگويي فرآيندهاي انتقال حرارت و حرارت و جريان سيال به وسيله دو رشو اصلي انجام مي‌شود: تحقيق آزمايشگاهي و محاسات تئوري.

اطلاعات دقيق در مورد يك فرآيند فيزيكي غالباً توسط اندازه‌گيري عملي به دست مي‌آيد. تحقيق آزمايشگاهي انجام شده درمورد يك دستگاه كه اندازه‌هايش عيناً‌اندازه‌هاي دستگاه اصلي باشد، جهت پيشگويي چگونگي كار نسخه‌هاي مشاه از دستگاه مذكور تحت همان شرايط استفاده مي‌شود،‌اما در بيشتر حالتها انجام چنين آزمايشهايي به علت بزرگ بودن اندازه‌هاي دستگاه، بسيار گران و اغلب غيرممكن است،‌لذا آزمايشها روي مدلهايي با اندازه‌هايي در مقياس كوچكتر انجام مي‌شود، ‌هر چند اينجا‌ هم نسئله بسط دادن اطلاعات به دست آمده از نمونه كوچكتر هميشه تمام جنبه‌هاي دستگاه اصلي را شبيه‌سازي نمي‌كنند و غالباً جنبه‌هاي مهم مانند احتراق از آزمايشهاي مربوط به مدل حذف مي‌شوند. اين محدوديتها، مفيد بودن نتايج آزمايش را بيشتر كاهش مي‌دهند، بالاخره، بايد به خاطر داشت كه در بسياري از حالتها، ‌مشكلات جدي اندازه‌گيري وجود داشته و وسايل اندازه‌گيري نيز عاري از خطا نمي‌باشند.

يك پيشگويي تئوري حداكثر استفاده را از نتايج مدل رياضي خواهد برد و در مقايسه با آن نتايج تجربي را مورد استفاه كمتري قرار مي‌دهد. براي فرآيندهاي فيزيكي مورد نظر ما اصولاً مدل رياضي عبارت است از يك سري معادلات ديفرانسيل اگر قرار بود از روشهاي رياضيات كلاسيك درحل اين معادلات استفاده شود امكان پيشگويي براي بسياري از پديده‌هاي سودمند وجود نداشت. با كمي توجه به يك متن كلاسيك درباره انتقال حرارت يا مكانيك سيالات مشخص مي‌شود كه فقط براي تعداد اندكي از مسايل عملي مي‌توان به معادلات غيرجبري،‌ مقادير ويژه و غيره مي‌باشند. به طوري كه ممكن است، حل عددي آنها كار ساده‌اي نباشد. خوشبختانه، توسعه متدهاي عددي و در دسترس بودن پردازشگر‌هاي بزرگ اين اطمينان را به وجود آورده است،‌كه تقريباً‌براي هر مساله عملي بتوان از مفاهيم يك مدل رياضي استفاده كرد.

امتيازات يك محاسبه تئوري

هزينه كم

مهمترين امتياز يك پيشگويي محاسباتي هزينه پايين آن است. در بيشتر كاربرده، هزينه به كاربردن يك برنامه‌كامپيوتري به مراتب كمتر از مخارج تحقيق آزمايشگاهي مشابه مي‌باشد، اين عامل وقتي كه وضعيت فيزيكي مورد مطالعه بزرگ و پيچيده‌تر مي‌شود اهميت بيشتري پيدا مي‌كند و در حالي كه قيمت بيشتر اقلام در حال زياد شدن است، هزينه‌هاي محاسبات در آينده احتمالاً كمتر خواهد بود.

سرعت يك تحقيق محاسبه‌اي مي‌تواند با سرعت قابل ملاحظه‌اي انجام شود،‌طراح مي‌تواند مفاهيم صدها تركيب از حالتهاي مختلف را در كمتر از يك روز مطالعه كرده طرح بهينه را انتخاب نمايد. از طرف ديگر بسادگي مي‌توان تصور كرد رسيدگي يا تحقيق آزمايشگاهي مشابه نياز به زمان زيادي خواهد داشت.

اطلاعات كامل

حل كامپيوتري يك مسئله اطلاعات كامل و جزئيات لازم را به ما خواهد داد و مقادير تمام متغيرهاي مربوطه (مانند سرعت، فشار، درجه حرارت، تمركز نمونه‌هاي شيميايي، شدت توربولانس) را در سراسر حوزه مورد علاقه به دست مي‌دهد. بر خلاف شرايط نامطلوبي كه ضمن آزمايش پيش بيني مي‌آيد، مكانهاي غيرقابل دسترس در يك كار محاسباتي كم بوده و اغتشاش جريان به علت وجود ميلهاي اندازه‌گيري در آن وجود ندارد. بديهي است از هيچ بررسي آزمايشگاهي نمي‌توان انتظار داشت تا چگونگي توزيع تمام متغيرها را روي تمام ميدان اندازه بگيرد. بنابراين، حتي وقتي يك كار آزمایشگاهي انجام مي‌شود، بسيار با ارزش خواهد بود كه جهت تكميل اطلاعات آزمايشگاهي حل كامپيوتري همزمان با آن به دست آيد.

توانايي شبيه سازي شرايط واقعي

در يك محاسبه تئوري، چون شرايط واقعي به آساني مي‌توانند شبيه سازي شوند، نيازي نيست به مدلهاي با مقياس كوچك و يا با ريان سرد متوسل شويم. براي يك برنامه كامپيوتري،‌داشتن ابعاد هندسي بسيار بزرگ يا خيلي كوچك، به كار بردن درجات حرارت خيلي كم يا بسيار زياد، عمل كردن با مواد سمي يا قابل اشتعال،‌تعقيب فرآيندهاي بسيار سريع ياخيلي آهسته مشكل مهمي را ايجاد نمي‌كند.

توانايي شبيه‌سازي شرايط ايده‌آل

گاهي اوقات يك متد پيشگويي براي مطالعه يك پديده پايه استفاده مي‌شود، تا يك كاربرد پيچيده مهندسي، براي مطالعه پديده، شخص توجهش را روي تعداد كمي از پارامترهاي اصلي متمركز كرده و تمام جنبه‌هاي ديگر را حذف مي‌كند. بدين ترتيب، شرايط ايده‌آل زيادي ممكن است بهعنوان شرايط مطلوب مورد ملاحظه قرار گيرند،‌به عنوان مثال مي‌‌توان از دو بعدي بودن، ثابت بودن جرم مخصوص، وجود يك سطح آدياباتيك يا داشتن نرخ نامحدود فعل و انفعال نام برد،‌در يك كار محاسبه‌اي اين شرايط مي‌توانند به آساني و دقيقاً‌برقرار شوند. از طرفي حتي در يك آزمايش عملي دقيق به زحمت مي‌ـوان به شرايط ايده‌آل نزديك شد.

نارساييهاي محاسبه تئوري

امتيازات گفته شده در بالا به اندازه كافي مؤثر هستند كه شخص را براي تحليل كامپيوتري ترغيب نمايند. به هر حال ايجاد علاقه كوركورانه بههر علتي مطلوب نيست. لذا مفيد خواهد بود كه از موانع و محدوديتها نيز آگاه باشيم. همان گونه كه قبلاً‌ تذكر داده شد، تحليل كامپيوتري مفاهيم يك مدل رياضي را مورد استفاده قرار مي‌دهدا. در مقابل،تحقيق آزمايشگاهي خد واقعيت را مورد مشاهده قرار مي دهد. بنابراين اعتبار مدل رياضي مفيد بودن يك كار محاسبه‌اي را محدود مي‌كند. بايد توجه داشت نتيجه نهايي فردي كه از تحليل كامپيوتري استفاده مي كند،‌به مدل رياضي و نيز به متد عددي بستگي دارد. به طوري كه به كاربردن يك مدل رياضي نامناسب مي‌‌تواند موجب شود تا يك تكنيك عددي ايده‌آل نتايج بي ارزشي توليد نمايد.

بنابراين براي بحث در مورد نارساييهاي يك محاسبه تئوري، تقسيم كردن تمام مسايل عملي به دو گروه به شرح زير مفيد خواهد بود:

گروه اول: مسايلي كه براي آنها يك بيان رياضي مناسب مي‌توان نوشت (مانند هدايت حرارت، جريانهاي آرام، لايه‌هاي مرزي مغشوش ساده).

گروه دوم: مسايلي كه براي آنها هنوز يك بيان رياضي مناسب به دست نيامده است(مانند جريانهاي مغشوش پيچيده، جريانهاي غير نيوتوني معين، تشكيل اكسيدهاي نيتروژن در احتراق مغشوش، بعضي جريانهاي دو فازي). البته اينكه يك مسئله مشخص جزو كدام گروه قرار مي‌گيرد، به اطلاعات ما درباره آن بستگي خواهد داشت.

انتخاب روش

بحث درباره شايستگيهاي نسبي تحليل كامپيوتري و تحقيق آزمايشگاهي توصيه‌اي بري محاسبات كار آزمايشگاهي نيست،‌شناخت توانها و ضعفهاي اين دو براي انتخاب صحيح تكنيك مناسب ضروري است. بدون شك آزمايش تنها روش تحقيق دربارة يك پديده اساس جديد است. در اين حالت آزمايش هدايت مي‌کند و محاسبه پيروي. درتركيب تعدادي از پديده‌هاي شناخته شده و مؤثر به كار بردن محاسبه مفيد تر واقع مي‌شود . حتي در اين شرايط نيز لازمست براي تعيين اعتبار نتايج محاسبات آنها با داده‌هاي آزمايشگاهي مقايسه شوند. از طرف ديگر براي طرح يك دستگاه از طريق آزمايش محاسبات اوليه اغلب مك كننده بوده و اگر به تحقيقات عملي محاسبات نيز اضافه شود، معمولاً‌مي‌توان از تعداد آزمايشها به مقدار قابل توجهي كاست.

بنابراين حجم مناسب فعاليت براي انجام يك پيشگوي بايد تركيب خردمندانه‌ا از محاسبات و آزمايش باشد. مقدار هر يك از اين دو  در تركيب مذكور بستگي به طبيعت مسئله و اهداف پيشگوي مسايل اقتصادي و ساير شرايطي خاص وضعيت مورد نظر دارد.

يك برنامه CFD چگونه كار مي‌كند؟

ساختار برنامه هاي CFD، روش عددي است، به طور كل سه روش مجزا براي روشهاي عددي وجود داردكه عبارتند از:

تفاضل محدود، حجم محدود، روشهاي طيفي

در روشهاي بالا اعمال زير انجام مي‌شود:

  • تقريب متغيرهاي مجهول جريان،‌با استفاده از توابع ساده
  • گسسته سازي با استفاده از جايگذاري تقريبها در معادلات حاكم بر جريان و سپس انجام تغييرات رياضي و
  • حل معادلات جبري

تفاوتهاي اصلي ميان اين سه روش به روشي كه در آن متغيرهاي جريان تقريب مي خورند و فرآيند گسسته سازي صورت مي‌گيرد مربوط مي‌شود.

روش حجم محدود

اين روش ابتدا به عنوان يك فرمول‌بندي اختلاف محدوده ويژه توسعه و در چهار برنامه اصلي تجاري CFD مورد استفاده قرار مي‌گيرد.

الگورتمهاي عددي شامل مراحل زير مي‌باشند:

  • انتگرال كلي از معادلات حاكم بر جريان سيال روي تمام حجمهاي كنترل مربوط به ميدان حل،
  • گسسته سازي، شامل جايگذاري نوعي از تقريبهاي اختلاف حدود براي عبارتهاي داخل معادله انتگرالي مي‌باشد، كه فرآيندهاي جريان مثال جابه‌جايي، نفوذ و چشمه‌ها را نشان مي‌دهد. اين عمل معادلات انتگرالي را به يك سيستم معادلات جبري تبديل مي‌كند.
  • حل معادلات جبري با استفاده از يك روش تكرار.

قدم اول، يعني انتگرال گيري از حجم كنترل، روش حجم محدود را از ساير روشهاي CFD متماير مي‌كند. ديدگاه حجم محدود بقاء محلي هر خاصيت از سيال را براي هر حجم كنترل تضمين مي‌كند. اين رابطه روشن بين الگوريتم عددي و قاعده كلي بقاء اصل فيزيكي، يكي از جاذبه‌هاي اصلي روش حجم محدود را تشكيل مي دهد و درك مفاهيم آن را براي مهندسين،‌خيلي ساده‌تر از روشهاي عنصر محدود و طيفي براي بقاء بك متغير جريان  مهيا مي‌كند. براي مثال يك مؤلفه سرعت يا آنتالپي در داخل يك حجم كنترل را،‌‌ مي‌توان به صورت يك تساوي بين فرآيندهاي متفاوت كه منجر به افزايش يا كاهش آن مي‌شود نشان داد:

نرخ تغيير  در حجم كنترل نسبت به زمان =

شار خالص  به دليل جابه‌جايي به داخل حجم كنترل

+ شار خالص  به دليل نفوذ به داخل حجم كنترل

+ نرخ خالص توليد  در داخل حجم كنترل

برنامه‌هاي CFD، شامل روشهاي گسسته‌سازي مناسب، براي حل پديده‌هاي انتقالي مهم، جابه‌جايي (انتقا به دليل جريان سيال)، نفوذ (انتقال به دليل تغييرات  از نقطه‌اي به نقطه ديگر) و همچنين عبارات چشمه (همراه با توليد يا اتلاف ) و نرخ تغيير نسبت به زمان مي‌باشند. همچنين پديده‌هاي فيزيكي اساسي، پيچيده و غيرخطي مي‌باشند بنابراين يك روش حل تكرار مورد نياز است.

توضيح سازگاري و پايداري

فهم مناسب الگوريتم حل عددي نيز يك مسئله مهم است. سه‌ايده رياضي در مشخص كردن كارايي يا عدم كارايي هر يك از الگوريتمها مفيد است:

  • همگرايي
  • سازگاري
  • پايداري

همگرايي، خاصيت از روش عددي براي به دست آوردن جوابي است كه به حل دقيق نزديك مي‌باشد، به طور يكه فاصلة شبكه،‌اندازه حجم كنترل يا المان به صفر ميل مي‌‌كند. طرحهاي عددي سازگار، دستگاهي از معادلات جبري را ايجاد مي‌كند، كه مي‌توان نشان داد با معادله حاكم اصلي زماني كه فاصله شبكه به سمت صفر ميل مي‌كند،‌معادل مي‌باشد. پايداري در روش عددي با ميرايي خطاها همراه مي‌باشد. اگر يك روش پايدار نباشد، حتي با گرد كردن خطاها در داده‌هاي اوليه، مي‌تواند موجب واگرايي يا نوسانات زياد گردد.

.

.

.

جهت دریافت و خرید متن کامل پایان نامه و تحقیق و مقاله مربوطه بر روی گزینه پرداخت مستقیم که در بالای صفحه قرار دارد کلیک نمایید و پس از وارد کردن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت هایی عضو شتاب قابل پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت انلاین به صورت خودکار لینک دانلود مربوطه فعال گردیده که قادر به دانلود فایل کامل ان می باشید.

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “دانلود پایان نامه ارشد : آناليز جريان بر روي سرريز اوجي بر اساس (CFD)”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *