شبیه سازی کاویتاسیون طبیعی Super Cavitation اطراف هیدروفویل با نرم افزار ANSYS CFX

۴۰,۰۰۰ تومان

به طور کلی در فیلم آموزشی شبیه سازی کاویتاسیون طبیعی Super Cavitation اطراف هیدروفویل با نرم افزار ANSYS CFX و روش CFD با موارد زیر در نرم افزار سی اف ایکس (CFX) آشنا می شوید.

  • وارد کردن مدل هندسی به بخش هندسه workbench انسیس
  • تنظیمات محیط شبکه در در workbench نرم افزار ANSYS
  • ایجاد شبکه های لایه مرزی جهت رسیدن به YPlus مناسب
  • تنظیمات دامنه محسباتی سیال
  • تعریف رفتار دو ماده آب و بخار آب
  • تنظیمات مدل دو فازی همگن
  • تنظیمات روش حل پایدار
  • تعیین مدل آشفتگی و پارامترهای آن
  • تعریف مدل آشفتگی انتقال رینولدز SST و تنظیمات آن
  • تنظیمات روش عددی و مقادیر باقیمانده در معیار همگرایی
  • تنظیمات پردازش موازی و اجرای مسئله
  • تحلیل نتایج خروجی و استخراج داده های مورد نظر

مدت زمان فیلم آموزشی : 17 دقیقه

مدرس فیلم آموزشی : احمدزاده

زبان فیلم آموزشی : بی کلام

ضمیمه فیلم : فایل ورودی نرم افزار سی اف ایکس، فایل مدل هندسی و شبکه

شناسه محصول: CF13 دسته:

توضیحات

شبیه سازی کاویتاسیون طبیعی Super Cavitation اطراف هیدروفویل با نرم افزار ANSYS CFX و روش CFD

کاویتاسیون یکی از پدیده­های منحصر به فرد در زمینه هیدرودینامیک است، که در هر نوع ماشین هیدرولیکی مانند پمپ­ها، توربین­ها، دریچه­ها و غیره می­تواند اتفاق بیافتد. امروزه با پیشرفت تکنولوژی توجه به مسائلی که باعث کاهش بازده و عمر مفید تجهیزات می­شوند بیشتر شده و انجام فعالیت­های تحقیقاتی در این زمینه در حال گسترش است. یکی از عوامل موثر در کاهش بازده و عمر تجهیزات هیدرولیکی پدیده کاویتاسیون است، لذا تجهیزات بایستی به نحوی طراحی شوند که از وقوع کاویتاسیون جلوگیری شده و یا در حد قابل کنترل موجود باشد. با این وجود همواره نمی­توان کاویتاسیون را یک پدیده نامطلوب دانست. به عنوان مثال در زیر به چند مورد از کاربردهای کاویتاسیون در علوم و صنایع مختلف اشاره شده است:

  • کاربرد کاویتاسیون در پزشکی و مهندسی پزشکی
  • جراحی چشم با لیزر و جراحی کاهش فشار روی دیسک کمر
  • رساندن دارو به سلول­های سرطانی
  • شکاندن سنگ کلیه و غیره
  • کاربرد کاویتاسیون در مسائل زیست محیطی
  • پراکنده کردن مواد نفتی روی سطح دریاها

ارائه تعریفی مختصر و کوتاه از کاویتاسیون کاری مشکل است. تشکیل فاز بخار در داخل یک محیط مایع همگن می­تواند در شرایط مختلفی اتفاق بیافتد و بر اساس ساختار جریان و خواص فیزیکی مایع شکل­های متفاوتی دارد. اگر این فرایند در فشار ثابت و در نتیجه افزایش دما باشد، جوشش نامیده می­شود ولی اگر این پدیده از کاهش فشار استاتیکی حاصل شده باشد، کاویاسیون گفته می­شود. کاویتاسیون در واقع تشکیل و رشد حباب­های بخار در داخل مایع در محیط­های کم فشار و سپس فروپاشی و تقطیر سریع آنها در محیط­های پر فشار می­باشد.

در برخی حالت­ها، انتقال گرمای مورد نیاز برای تبخیر موجب می­شود تغییر فاز در دمای    کمتر از دمای محیط مایع  اتفاق بیافتد. اختلاف دمای     تاخیر دمایی در کاویتاسیون نامیده می­شود. حتی در شرایط استاتیکی، تغییر فاز شاید در فشار پایین­تر از فشار بخار مایع انجام گیرد. اختلاف میان فشار بخار و فشار واقعی در آغاز کاویتاسیون تاخیر استاتیک نامیده می­شود.

ذکر چند نکته در مورد پدیده کاویتاسیون قابل توجه است :

  • کاویتاسیون پدیده­ای است که فقط در مایعات رخ می­دهد.
  • کاویتاسیون نتیجه کاهش فشار در مایعات است و می­توان با کنترل کاهش فشار تا حدی این پدیده را کنترل نمود.
  • کاویتاسیون یک پدیده دینامیکی است که به رشد و فروپاشی حباب­ها ارتباط داده می­شود.
  • شروع کاویتاسیون در مایع ناخالص در فشارهای نزدیک فشار بخار نیاز به وجود هسته­هایی دارد که مقادیر بسیار کمی از بخار ، گازهای نامحلول در آب و یا هر دو در آن موجود باشد.
  • کاویتاسیون تنها زمانی رخ می­دهد که هسته­ها با قرار گرفتن در معرض کاهش فشار ناپایدار شده و رشد کنند.
  • کاویتاسیون با چشم غیر مسلح و دوربین­های معمولی قابل رویت نیست، چرا که این پدیده دارای سرعت بسیار بالایی می­باشد ، بطوریکه زمان بوجود آمدن و از بین رفتن حباب­های کوچک غیر دائم با واحد میلی­ثانیه اندازه­گیری می­شود.
  • وجود ناخالصی­ها به شکل جامد یا گاز به ایجاد کاویتاسیون کمک می­کنند.
  • پیدایش هیدرودینامیکی کاویتاسیون علاوه بر بستگی داشتن به عوامل مذکور به وضعیت ظاهری مرز جامد نیز بستگی دارد.

دینامیک حباب­های کاویتاسیون دارای دو مرحله دارد: مرحله اول همان ظاهر شدن حباب­های گاز و بخار است (مرحله رشد) و مرحله دوم ناپدید شدن آن حباب­هاست (مرحله فروپاشی) در مرحله دوم بطور لحظه ای فشار و دما بطور قابل ملاحظه­ای افزایش یافته و موجب تنشی می­شود که از حد مقاومت اکثر مواد صنعتی بیشتر است، لذا مرحله فروپاشی اساساً تخریبی است.

برای اهداف کاربردی در نظر گرفتن دو رژیم مجزا در توسعه کاویتاسیون مفید می­باشد، ناحیه اول مربوط به آغاز کاویتاسیون می­باشد که محدوده مابین محل بدون کاویتاسیون و جریان کاویتاسیونی را شامل می­شود. ناحیه دوم، کاویتاسیون توسعه یافته  است که به پایداری معینی رسیده است.

در داخل جریان مایعات موقعیت­های مناسبی برای ایجاد کاویتاسیون وجود دارد که می­توان به موارد زیر اشاره نمود:

  • شکل و هندسه دیواره می­تواند می­تواند موجب افزایش سریع سرعت محلی شده که طبق معادله برنولی فشار کاهش می­یابد. این حالت در سطح مقطع­های محدود شده موجود در مسیر جریان همانند نازل­های ونتوری، شیرهای فشارشکن، دریچه ها و …. اتفاق می­افتد.
  • کاویتاسیون در جریان­های برشی متلاطم بعلت گرادیان شدید فشار می­تواند رخ دهد.
  • اساس غیر دائمی بودن برخی از جریان­ها می­تواند منجر به شتاب شدید سیال و در نتیجه ایجاد فشارهای پایین بطور لحظه­ای در برخی نقاط جریان و ظهور کاویتاسیون گردد.
  • زبری موضعی دیواره باعث تشکیل گردابه­های محلی می­شود، که شاید موجب رشد هسته­های حباب موجود در این نواحی گردد.
  • در نتیجه حرکت ارتعاشی دیواره­ها، ناحیه فشار نوسانی ایجاد می­شود. اگر اندازه نوسانات به اندازه کافی بزرگ باشد، احتمال وقوع کاویتاسیون وجود دارد.
  • سرانجام، حرکت توام با شتاب اجسام جامد در مایع ساکن بخصوص اگر دارای لبه­های تیز باشند، شتاب مایع اطراف این لبه­ها تولید فشارهای پایین می­نماید و کاویتاسیون ایجاد می­شود.

علاوه بر موارد فوق حباب­های کاویتاسیون را می­توان با تمرکز انرژی لیزر یا امواج مافوق صوت در داخل یک مایع ایجاد نمود که حباب­های حاصل در هر حالت دارای خواص منحصر به فردی خواهند بود.

در این شبیه سازی دو نوع ماده آب و بخار آب در این شبیه سازی در نظر گرفته شده است. فشار مرجع   که خواص مواد نیز در این فشار منظور شده است، برابر 1 اتمسفر است. مقدار فشار بخار  3081 پاسکال می باشد.

روش حل به صورت پایدار بوده و معیار همگرایی 10-4  در نظر گرفته است. مسئله به صورت دو فازی بوده و روش حل درصد المان حجمی (EVF) برای تفکیک دو فاز مورد استفاده قرار گرفته است. از روش حل تفکیکی استفاده شده است چون بر اساس بررسی­های صورت گرفته در این شبیه سازی  نسبت به روش پیوسته سریع­تر همگرا می­شود. از مدل آشفتگی k-ε استفاده شده است. در نرم افزار CFX برای مسائل شامل کاویتاسیون از دو مدل آشفتگی k-ε و SST می توان استفاده کرد.

به دیواره ورودی جریان شرط مرزی سرعت و به دیواره خروجی جریان شرط مرزی فشار استاتیک معادل صفر اعمال شده است. دیواره اطراف سیال دارای شرط مرزی لغزش آزاد می­باشد. به دیواره­های تقارن مدل نیز شرط مرزی تقارن اعمال شده است. به سطوح مدل هیدروفویل نیز شرط مرزی دیواره اعمال گشته است.

کلیه مراحل ایجاد مدل هندسی دامنه محاسباتی سیال، شبکه بندی، تعریف شرایط مرزی، تنظیمات بخش های مختلف نرم افزار CFX و تحلیل و بررسی نتایج در این فیلم آموزشی به صورت متوالی ارائه شده است.

This example demonstrates cavitation in the flow of water around a hydrofoil. A two-dimensional solution is obtained by modeling a thin slice of the hydrofoil and using two symmetry boundary conditions.

نمونه کوتاهی از فیلم آموزشی

Brief record of this Training Film

دیدگاهها

هیچ دیدگاهی برای این محصول نوشته نشده است.

اولین نفری باشید که دیدگاهی را ارسال می کنید برای “شبیه سازی کاویتاسیون طبیعی Super Cavitation اطراف هیدروفویل با نرم افزار ANSYS CFX”

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

Translate »