ماژول CFD

ساخت وبلاگ

شبیه سازی های دینامیکی سیال محاسباتی را با ماژول CFD ، یک محصول افزودنی به نرم افزار COMSOL Multiphysics انجام دهید. ماژول CFD ابزاری برای مدل سازی سنگ بنای تجزیه و تحلیل جریان سیال ، از جمله:

  • جریان های داخلی و خارجی
  • جریان غیر قابل فشرده و فشرده سازی
  • جریان لمینار و آشفته
  • جریان های تک فاز و چند فاز
  • جریان رسانه های رایگان و متخلخل

قابلیت های Multiphysics تقریباً در ماژول و در ترکیب با سایر ماژول های افزودنی به Comsol Multiphysics نامحدود است. ماژول CFD ابزارهایی را برای مدل سازی جریان غیر گرمایی با انتقال حرارت کونژوگه ، واکنش جریان ، تعامل سیا ل-ساختار (FSI) و الکتروهیدرودینامیک (EHD) فراهم می کند. اتصالات اضافی اضافی را می توان به همراه سایر ماژول های مجموعه محصول Comsol ، مانند ترکیب جریان سیال با تغییر شکل ساختاری بزرگ در FSI ، اضافه کرد. محیط شبیه سازی صرف نظر از آنچه شما در حال مدل سازی هستید ، یکسان به نظر می رسد.

A model of a sports car with two side mirrors and two doors with yellow streamlines showing the flow field from the front to the rear of the car.

A detailed view of a mixer model showing the fluid velocity and flow.

A detailed view of a cylinder in a channel showing the velocity magnitude and flow.

جریان لمینار و خزنده

مدل جریان لمینار گذرا و پایدار با معادلات Navie r-Stokes یا جریان خزنده با معادلات استوکس.

علاوه بر مدل سازی مایعات با چگالی و ویسکوزیته ثابت ، می توانید مایعات را مطالعه کنید که ویسکوزیته و چگالی به دما ، ترکیب محلی ، میدان الکتریکی یا هر زمینه یا متغیر مدل دیگر بستگی دارد. به طور کلی ، چگالی ، ویسکوزیته و منابع حرکت می توانند توابع دلخواه هر متغیر وابسته و همچنین مشتقات متغیرهای وابسته باشند.

برای مایعات غیر نیوتونی ، می توانید از مدل های رئولوژی عمومی و در عین حال از پیش تعریف شده برای ویسکوزیته ، مانند Power Law ، Carrau ، Bingham ، Herschel-Bulkley یا Casson برای تنظیم آسان مدل استفاده کنید.

همچنین می توانید جریان لامینار را در سازه های متحرک مدل کنید ، به عنوان مثال دریچه های باز و بسته یا پروانه های چرخان.

جریان آشفته

مجموعه ای جامع از مدل های تلاطم Navier-Stokes به طور متوسط رینولدز (RANS) در رابط های جریان از پیش تعریف شده در ماژول CFD موجود است. این مدل ها به شما امکان می دهند طیف گسترده ای از جریان های آشفته و گذرا را شبیه سازی کنید. همچنین می توانید معادلات مدل را مستقیماً در رابط کاربر تغییر داده یا گسترش دهید تا مدل های تلاطم ایجاد شود که هنوز گنجانده نشده اند.

مدل های تلاطم را غرق می کند

مدل های دو عادلانه
  • k-ε
  • K-ε قابل تحقق
  • k-ω
  • SST
  • کم re k-ε
مدلهای معادله حمل و نقل اضافی
  • اسپالار ت-آلمارا
  • v2-f
مدل های تلاطم جبری
  • جبر yplus
  • لات

درمان دیواری

A detailed view of the wall resolution and velocity flow of a water treatment basin model.

توابع دیواری

قوی و قابل استفاده برای مش های درشت ، با دقت محدود.

A detailed view of the flow and pressure of a 3D airfoil model.

درمان با تعداد کم رینولدز

جریان را به سمت پایین به دیوارها برطرف می کند. دقیق اما نیاز به مش خوب دارد.

A detailed view of a hydrocyclone model showing the fluid velocity.

درمان دیواری اتوماتیک

استحکام ارائه شده توسط توابع دیواری را با دقت در درمان کم RE در مناطق حل شده به ارث می برد.

شبیه سازی بزرگ ادی (LES)

از شبیه سازی بزرگ ادی (LES) برای حل و فصل بزرگتر آشفته سه بعدی ناپایدار استفاده می شود ، در حالی که اثرات لبه های کوچکتر تقریباً نشان داده شده است. این تکنیک هنگامی که با مشی لایه مرزی ترکیب شود ، توضیحات دقیقی از یک میدان جریان گذرا و همچنین شار و نیروهای دقیق در مرزها ارائه می دهد. مدل های LES موجود عبارتند از: چند قطعه متغیر مبتنی بر باقیمانده (RBVM) ، چند قطعه متغیر مبتنی بر باقیمانده با ویسکوزیته (RBVMWV) و Smagorinsky.

شبیه سازی ادی جدا شده (DES)

شبیه سازی ادی جدا شده (DES) ترکیب RAN ها و شبیه سازی بزرگ ادی (LES) ، که در آن RAN ها در لایه های مرزی استفاده می شود و LES در جای دیگر استفاده می شود. DES مدل تلاطم Spalar t-Allmaras را با مدل های LES ترکیب می کند: RBVM ، RBVMWV یا Smagorinsky. درمان دیواری برای Spalar t-Allmaras یا یک شماره کم رینولدز یا یک درمان خودکار دیواری است.

فواید DES این است که به یک لایه مرزی متراکم کمتر از یک LES خالص نیاز دارد. این امر به طور قابل ملاحظه ای نیازهای حافظه و زمان محاسبه را هنگام حل معادلات مدل کاهش می دهد. مدل های DES در جریان تک فاز 3D ، وابسته به زمان ، قابل استفاده است.

A detailed view of an inkjet nozzle model showing the velocity at 40 μs.

A detailed view of a baffled mixer model showing the turbulent flow.

A detailed view of an oil bubble rising through a water container model.

A detailed view of an electrocoalescense model showing the electric field.

جریان چند فاز و سطوح آزاد

در سیستم های جریان چند فاز جدا شده ، می توانید از روش های ردیابی سطح برای مدل سازی و شبیه سازی رفتار حباب ها و قطرات و همچنین سطوح آزاد استفاده کنید. برای چنین مواردی ، با استفاده از روش های سطح و فاز ، شکل مرز فاز را می توان با جزئیات توضیح داد ، از جمله اثرات تنش سطحی و تغییرات توپولوژی.

هنگامی که حباب ، قطرات یا ذرات در مقایسه با دامنه محاسباتی اندک هستند و تعداد زیادی از آنها وجود دارد ، می توانید از مدل های جریان چند فاز پراکنده استفاده کنید. این مدلها ردیابی جرم یا حجم از مراحل مختلف و تأثیر حباب ها ، قطرات یا ذرات پراکنده شده در انتقال حرکت در مایعات به معنای متوسط را ردیابی می کنند. مدل های جریان موجود عبارتند از: جریان حباب ، مخلوط ، اویل ر-ایولر و مدل های مخلوط حمل و نقل فاز.

جریان رسانه متخلخل

ماژول CFD با استفاده از سه مدل مختلف جریان رسانه متخلخل مختلف ، شبیه سازی جریان سیال در رسانه های متخلخل را ساده می کند. مدل قانون دارسی توضیحی قوی و محاسباتی ارزان از جریان در ساختارهای متخلخل است. همچنین برای جریان چند فاز در دسترس است. مدل معادلات برینکمن گسترش قانون دارسی است که از بین بردن انرژی جنبشی توسط برشی چسبناک است و می تواند شامل اثرات اینرسی باشد. این مدل برای ساختارهای بسیار باز با تخلخل بالا ، عمومی تر از قانون دارسی است ، اما همچنین از نظر محاسباتی گران تر است.

زوج های مدل جریان رسانه ای آزاد و متخلخل در حوزه های متخلخل با لامینار یا جریان آشفته در حوزه های آزاد جریان می یابند. این مدل معادلات Brinkman را برای دامنه متخلخل و معادلات Navie r-Stokes برای دامنه های آزاد تدوین می کند. جریان آشفته در رسانه های متخلخل را می توان با هر یک از مدل های RANS مبتنی بر Epsilon- یا Omega با کمک های اضافی مطابق با Pedras-De Lemos یا Nakayama-Kuwahara یا ترکیبی از آن شبیه سازی کرد.

برای اطلاعات بیشتر در مورد ویژگی ها و عملکردهای خاص ، به ماژول جریان متخلخل رسانه یا ماژول جریان زیرسطحی مراجعه کنید.

A porous medium model showing the volume fraction in the Jupiter Aurora Borealis color table and a red isosurface plot for a low permeable lens.

A supersonic ejector model showing the velocity field in the Aurora Australis color table.

جریان تعداد ماخ بالا

مدل های ترانسونی و مافوق صوت مایعات فشرده در هر دو رژیم لمینار و آشفته. مدل جریان لامینار به طور معمول برای سیستم های کم فشار استفاده می شود و به طور خودکار معادلات را برای حرکت ، جرم و توازن انرژی برای گازهای ایده آل تعریف می کند. جریان تعداد ماخه بالا برای مدلهای تلاطم K-ε و SPALART-ALLMARAS نیز در دسترس است.

در هر دو مورد ، هنگام حل این مدل ها ، می توان از پالایش خودکار مش برای حل و فصل الگوی شوک با پالایش مش در مناطقی با سرعت بسیار بالا و شیب فشار استفاده کرد.

جریان سیال در ماشین آلات چرخان

ماشین های چرخان مانند میکسرها و پمپ ها در فرآیندها و تجهیزات که جریان سیال در آن رخ می دهد ، رایج است. ماژول CFD رابط های ماشین آلات چرخشی را فراهم می کند که معادلات جریان سیال را در قاب های چرخشی تشکیل می دهند ، که برای هر دو لامینار و جریان آشفته موجود است. شما می توانید مشکلات را با استفاده از توصیف تمام وقت وابسته به سیستم چرخش یا یک روش متوسط بر اساس تقریب روتور منجمد حل کنید. رویکرد روتور یخ زده از نظر محاسباتی ارزان است و می تواند برای برآورد سرعت متوسط ، تغییرات فشار ، میزان اختلاط ، میانگین دما و توزیع غلظت و موارد دیگر مورد استفاده قرار گیرد.

به طور کلی ، ماژول CFD همچنین می تواند مشکلات جریان سیال را در هر قاب متحرک ، نه فقط در قاب های چرخان ، به عنوان مثال دریچه های باز و بسته ، حل کند. شما می توانید از فریم های متحرک برای حل مسئله ای استفاده کنید که در آن یک ساختار در رابطه با ساختار دیگری با جریان سیال در بین قرار می گیرد ، که با استفاده از مش در حال حرکت ، تنظیم و حل آن آسان است.

A centrifugal pump model showing the flow with rainbow streamlines and a slice plot in the Jupiter Aurora Borealis color table showing the pressure.

A tilted pad bearing model showing the pressure in the Cividis color table and the flow shown with a gray arrow surface plot.

جریان فیلم نازک

برای توصیف جریان در حوزه های نازک ، مانند فیلم های روغنی نازک بین قطعات مکانیکی در حال حرکت (تریبولوژی) یا سازه های شکسته ، ماژول CFD رابط های جریان فیلم نازک را فراهم می کند. این فرمولاسیون به طور معمول برای مدل سازی روغن کاری ، الاستوهیدرودینامیک یا اثرات میرایی مایعات بین قطعات متحرک به دلیل وجود گازها یا مایعات (به عنوان مثال ، در MEMS) استفاده می شود.

معادلات کم عمق آب

معادلات کم عمق آب به شما امکان می دهد جریان زیر یک سطح آزاد را تحت این شرط که مقیاس طول افقی بسیار بیشتر از مقیاس طول عمودی است ، مدل کنید. معادلات آب کم عمق با میانگین میانگین معادلات Navier-Stokes بدست می آید. متغیرهای وابسته عمق آب و شار حرکت هستند. از این معادلات می توان برای مدل سازی اثرات سونامی و سیل استفاده کرد.

A detailed view of the water level surface of a tsunami runup model.

A detailed view of the impact of a water wave on a column.

ایجاد مدلهای چند منظوره در دنیای واقعی

مدل سازی چندین پدیده فیزیک در Comsol Multiphysics ® فرقی با یک مشکل تک فیزیک ندارد.

A detailed view of the air flow and temperature of a heat sink model.

جریان غیر گرمایی لمیناری

خواص سیال وابسته به دما و نیروهای شناور ؛دمای مداوم و شار گرما در مرز جام د-فلوئید.

A detailed view of the smoke produced by an incense stick at three different times.

جریان غیر درمانی آشفته

فرمولاسیون کم یا عملکرد دیواره حرارتی برای انتقال حرارت کونژوگه در مرزهای جامد-فلوئید با RANS یا LES.

A detailed view of velocity field and deformation of a solar panel model.

FSI: مطالعات یک طرفه

تعامل سیال و ساختار که در آن جریان بار بر روی یک ساختار ایجاد می کند اما تغییر شکل آنقدر کوچک است که بر جریان تأثیر نمی گذارد.

A detailed view of the fluid-structure interaction of water in a container.

FSI: کاملاً همراه 1

تعامل سیال و ساختار که در آن جریان بارها را بر روی یک ساختار ایجاد می کند ، و تغییر شکل ها بزرگ هستند و بر جریان تأثیر می گذارند.

A detailed view of a tank showing the fermentation of beer.

جریان واکنش عمومی

حمل و نقل چند جزء و واکنش در مخلوط های رقیق و متمرکز ، با استفاده از مدل متوسط مخلوط یا قانون FICK.

A detailed view of a multijet tubular reactor showing the isoconentration surfaces.

جریان واکنش پیشرفته 2

معادلات حمل و نقل چند جزء Maxwel l-Stefan برای جریان لامینار.

A close-up view of a nozzle model with contours.

تعداد ماخ بالا واکنش جریان 2

جریان تعداد ماخ با گونه های شیمیایی و واکنش های گونه های غلیظ و رقیق شده جریان دارد.

A detailed view of a mixer model showing the flow field.

میکسرهای 3

جریان چند فاز و سطوح آزاد برای ماشین آلات چرخان و همچنین یک کتابخانه جزئی برای پروانه ها و کشتی ها.

A detailed view of a pipe elbow model showing the velocity as particles.

ردیابی ذرات 4

مدلهای جریان چند فاز Eule r-Lagrange ، که در آن ذرات یا قطرات به عنوان موجودات گسسته مدل می شوند.

A detailed view of a heat exchanger pipe model showing the pressure and velocity.

جریان لوله و CFD 5

لوله ها و کانال های متصل به حوزه های مایع 2D/3D با جریانهای غیر گرمازا ، برای هر دو جریان لایه ای و آشفته.

  1. به ماژول مکانیک ساختاری ، ماژول MEMS یا ماژول دینامیک چند جانبه نیاز دارد
  2. به ماژول مهندسی واکنش شیمیایی ، ماژول طراحی باتری یا ماژول سلول سوخت و الکترولیزر نیاز دارد
  3. به ماژول میکسر نیاز دارد
  4. به ماژول ردیابی ذرات نیاز دارد
  5. به ماژول جریان لوله نیاز دارد

قابلیت های کلی برای حل مشکلات CFD سازگار است

ماژول CFD عملکرد تخصصی را برای شبیه سازی جریان سیال ارائه می دهد و یکپارچه در پلت فرم Comsol Multiphysics ® برای یک گردش کار سازگار با مدل کار می کند.

A closeup view of the Model Builder with the Fluid-Structure Interaction node highlighted and a bimetallic strip model shown in the Graphics window.

رابط های جریان سیال

به منظور مدل سازی لامینار ، آشفته ، چند فاز ، قابل فشرده سازی ، تعداد ماخ بالا و جریان فیلم های نازک و همچنین معادلات آب کم عمق ، ماژول CFD تعداد زیادی از رابط های جریان سیال متناسب با رژیم های مختلف این جریان را فراهم می کند. هر رابط جریان سیال مجموعه هایی از معادلات دامنه ، شرایط مرزی ، شرایط اولیه ، مش از پیش تعریف شده ، مطالعات از پیش تعریف شده با تنظیمات حل کننده را برای تجزیه و تحلیل پایدار و گذرا ، و همچنین توطئه های از پیش تعریف شده و مقادیر مشتق شده تعریف می کند.

A closeup view of the Mixture Property settings window and an engine gasket model in the Graphics window.

مواد

ماژول CFD شامل یک کتابخانه مادی با رایج ترین گازها و مایعات است. در ترکیب با ماژول مهندسی واکنش شیمیایی یا ماژول خواص مایع و گاز ، می توانید برای خصوصیات ترمودینامیکی مایعات (مانند ویسکوزیته ، چگالی ، انتشار ، هدایت حرارتی ، گرمای تشکیل و تغییر فاز) به توصیفهای عمومی نیز دسترسی پیدا کنید.

A closeup view of the High Mach Number Flow Laminar Settings window, and an Euler bump model shown in the Graphics window

گسسته سازی

رابط های جریان سیال از روشهای گالرکین/حداقل مربع و پتروف-گالرکین برای گسسته کردن معادلات جریان و تولید مدل عددی در فضا استفاده می کنند (2D ، 2D محور و 3D). توابع آزمایش برای تثبیت شرایط هایپربولیک و اصطلاح فشار در معادلات حمل و نقل طراحی شده است. تکنیک های ضبط شوک بیشتر نوسانات مبهم را کاهش می دهد. علاوه بر این ، فرمولاسیون گالکین ناپیوسته برای حفظ حرکت ، جرم و انرژی بیش از مرزهای داخلی و خارجی استفاده می شود.

A closeup view of a 1D drag plot and a soccer ball model in the Graphics window.

ارزیابی و تجسم نتایج

رابط های جریان سیال تعدادی از توطئه های پیش فرض را برای تجزیه و تحلیل زمینه های سرعت و فشار ایجاد می کنند. توطئه های ساده برای تجسم جهت جریان و جریان در دسترس هستند. از توطئه های سطح و حجم می توان برای نشان دادن فشار و بزرگی بردار سرعت استفاده کرد. همچنین لیست گسترده ای از مقادیر و متغیرهای مشتق شده وجود دارد که به راحتی می توان برای استخراج نتایج تحلیلی ، به عنوان مثال ضریب درگ ، دسترسی پیدا کرد.

A closeup view of the Model Builder with the Geometry node highlighted and an ahmed body model shown in the Graphics window.

هندسه

دامنه های جریان ، مانند جعبه محدود ، در اطراف هندسه های CAD وارداتی ایجاد کنید. علاوه بر این ، ابزارهایی برای حذف خودکار یا دستی جزئیاتی در دسترس هستند که ممکن است برای جریان سیال مرتبط نباشد. با استفاده از ماژول واردات CAD ، شما می توانید بیشتر قالب های فایل CAD را وارد کرده و عملیات تعمیر و شکست را انجام دهید. ابزارهای هندسی داخلی برای CAD همچنین قادر به ایجاد هندسه ها و دامنه های پیچیده هستند.

A closeup view of the Mesh Statistics window and a sports car model in the Graphics window.

مشبک

عملکرد مش مش کنترل شده فیزیک در ماژول CFD شرایط مرزی را در مشکل جریان سیال هنگام تولید دنباله مش در نظر می گیرد. مش لایه مرزی به طور خودکار به منظور حل و فصل شیب های موجود در سرعت که معمولاً در سطحی که شرایط دیواری اعمال می شود ایجاد می شود.

A closeup view of the Model Builder with the Multigrid node highlighted and a hydrocyclone model shown in the Graphics window.

حل کننده

معادلات جریان معمولاً بسیار غیرخطی هستند. برای حل معادلات مدل عددی ، تنظیمات حل کننده اتوماتیک یک روش کم نظیر نیوتن را انتخاب می کند. برای مشکلات بزرگ ، تکرارهای خطی در روش نیوتن با روشهای پیشرفته چند جبری چندگوش یا هندسی چندتایی که به طور خاص برای مشکلات حمل و نقل طراحی شده اند ، تسریع می شوند.

برای مشکلات گذرا ، از تکنیک های گام به گام با پله اتوماتیک و سفارشات چند جمله ای اتوماتیک برای حل و فصل مزارع سرعت و فشار با بالاترین دقت ممکن ، در ترکیب با حلال های غیرخطی فوق استفاده می شود.

A closeup view of the input settings of a simulation application and a water treatment basin model in the Graphics window.

برنامه های شبیه سازی

شما می توانید با استفاده از سازنده برنامه ، که در Comsol Multiphysics وجود دارد ، رابط های کاربر را در بالای هر مدل موجود بسازید. این ابزار شما را قادر می سازد تا برنامه هایی را برای اهداف بسیار خاص با ورودی ها و خروجی های خوب تعریف شده ایجاد کنید. برنامه ها می توانند برای بسیاری از اهداف مختلف مورد استفاده قرار گیرند: کارهای دشوار و تکراری را خودکار کنید ، گزارش ها را ایجاد و به روز کنید ، رابط های کاربر پسند را برای عدم وجود ارائه دهید ، دسترسی به مدل های موجود در سازمان خود را افزایش دهید و با مشتریان خود یک رقابت رقابتی کسب کنید.

راز جذب ثروت...
ما را در سایت راز جذب ثروت دنبال می کنید

برچسب : نویسنده : نیما شاهرخ شاهی بازدید : 58 تاريخ : پنجشنبه 3 فروردين 1402 ساعت: 20:01