 |
اجکتور هوا به هوا مافوق صوت
معرفی
این نرم افزار جریان گاز متلاطم تراکم پذیر را در یک اجکتور هوای مافوق صوت با استفاده از رابط جریان با عدد ماخ بالا در COMSOL Multiphysics مدل می کند. اجکتورها اجزای مکانیکی ساده ای هستند که برای القای جریان ثانویه توسط تکانه و انتقال انرژی از یک جت اولیه با سرعت بالا استفاده می شوند. سیال پرانرژی (جریان اولیه) از یک نازل همگرا-واگرا عبور می کند و به شرایط مافوق صوت می رسد. پس از خروج از نازل، با جریان ثانویه که از طریق یک اثر ناشی از حباب تسریع می‌شود، در تعامل است. اختلاط بین هر دو جریان در امتداد یک مجرای با مساحت ثابت به نام محفظه اختلاط صورت می گیرد که در آن می توان فعل و انفعالات پیچیده بین لایه اختلاط و شوک ها را مشاهده کرد. معمولاً یک دیفیوزر قبل از خروجی قرار می گیرد تا فشار را بازیابی کند و جریان را به حالت سکون بازگرداند.
اجکتورها برای طیف گسترده ای از کاربردها، از جمله تبرید صنعتی، تولید خلاء، چرخش مجدد گاز و تقویت رانش در سیستم های رانش هواپیما استفاده می شوند. تلاش های زیادی برای تعیین بهینه طراحی و شرایط عملیاتی آنها و همچنین نحوه توصیف جریان درون آنها انجام شده است ( مرجع 1 ).
این نرم افزار اجکتوری را که با هوا در جریان اولیه و ثانویه کار می کند مدل می کند. هندسه و شرایط مرزی بر اساس Ref. 2 و رفر. 3 . موارد مورد توجه جریان جرم اولیه و ثانویه، توزیع فشار استاتیک در امتداد خط مرکزی اجکتور، و وضوح جریان در منطقه اختلاط است.
تعریف مدل
شکل 1 هندسه اجکتور را نشان می دهد. ابعاد آن در جدول 1 آمده است. هندسه متقارن محوری دو بعدی برای تقریب هندسه سه بعدی دستگاه و کاهش اندازه مشکل استفاده می شود.
سرعت جریان در اجکتور به اندازه کافی بزرگ است که تغییرات قابل توجهی در چگالی و دمای سیال ایجاد کند و جریان توسط معادلات ناویر-استوکس کاملاً تراکم‌پذیر کنترل می‌شود. علاوه بر این، انتظار می رود عدد ماخ در بخش واگرا نازل اولیه و همچنین در محفظه اختلاط بزرگتر از یک باشد. برهمکنش بین لایه‌های مرزی و لایه‌های اختلاط باعث کاهش سرعت جریان مافوق صوت به مافوق صوت می‌شود که از طریق پیاپی پیچیده‌ای از شوک‌ها به نام قطار شوک یا پدیده موج شبه شوک انجام شود ( مرجع 4 ). بنابراین، مش باید به اندازه کافی خوب باشد تا بتواند این پدیده را به دقت ثبت کند.
شکل 1: هندسه اجکتور.
د 1 | d2 _ | d t | d nd | d m | d d |
16 | 160 | 8 | 12 | 24 | 51 |
L 1 | L2 _ | L 3 | L m | L d | NXP |
7 | 23 | 90 | 240 | 70 | 15 |
مسئله با استفاده از معادلات ناویر-استوکس با میانگین فاور و مدل تلاطم k – ε استاندارد مدلسازی شده است.
هر دو جریان اولیه و ثانویه هوا با ثابت گاز ویژه 287 J/(kg ⋅ K) و نسبت گرمای ویژه 1.4 هستند . ویسکوزیته دینامیکی و هدایت حرارتی هوا از قانون ساترلند محاسبه می شود.
شرایط مرزی
ورودی
جریان در ورودی ها بر حسب خصوصیات کل آن مشخص می شود: T 0 = 300 K و P 0 = 5 atm برای جریان اولیه، و T 0 = 300 K و P 0 = 0.55 اتمسفر برای جریان ثانویه.
شرایط ورودی با استفاده از ویژگی ورودی اعمال می‌شود، که در آن شرایط جریان به‌عنوان بر اساس ویژگی‌ها مشخص شده است . این یک شرایط مرزی ثابت عددی را با ارزیابی ویژگی‌های جریان در ورودی فراهم می‌کند.
سرعت در هر دو ورودی ناشناخته است. با این حال، انتظار می رود که آنها در مقایسه با سرعت های داخل نازل و محفظه اختلاط بسیار کوچک باشند. مقادیری که باید در ورودی تجویز شود، مجموع مقادیر دما و فشار است که انرژی جریان را مشخص می کند. عدد ماخ را می توان روی 0 تنظیم کرد و با شرایط مرزی مبتنی بر ویژگی ها در ورودی تعیین می شود. این یک راه حل اولیه خوب است، اما مقادیر کل فشار و دما ممکن است کمی متفاوت باشد. راه حل را می توان بهبود بخشید اگر مشکل دوباره حل شود و عدد ماخ را روی مقادیر محاسبه شده توسط شرایط مرزی مبتنی بر ویژگی ها در ورودی ها تنظیم کنید، که تقریباً 0.14 و 0.01 برای ورودی های اولیه و ثانویه هستند.
مقادیر ورودی برای انرژی جنبشی آشفته، k ، و نرخ اتلاف آشفته، 
از شدت آشفتگی، IT، و مقیاس طول آشفتگی، LT تقریبی شده است . شدت آشفتگی به طور پیش فرض روی 0.05 ( 5 %) تنظیم شده است. مقیاس طول را می توان به عنوان 7 ٪ قطر لوله یا قطر هیدرولیک تخمین زد. هنگامی که مقیاس طول توربولانس روی هندسه بر اساس تنظیم شود، این کار به طور خودکار انجام می شود.
از شدت آشفتگی، IT، و مقیاس طول آشفتگی، LT تقریبی شده است . شدت آشفتگی به طور پیش فرض روی 0.05 ( 5 %) تنظیم شده است. مقیاس طول را می توان به عنوان 7 ٪ قطر لوله یا قطر هیدرولیک تخمین زد. هنگامی که مقیاس طول توربولانس روی هندسه بر اساس تنظیم شود، این کار به طور خودکار انجام می شود.برای پیشینه بیشتر در مورد این شرایط مرزی، به راهنمای کاربر ماژول CFD مراجعه کنید .
پریز
جریان در داخل اجکتور به شرایط مافوق صوت می رسد. با این حال، در امتداد محفظه اختلاط و دیفیوزر منبسط و کاهش می یابد و قبل از تخلیه به جو به شرایط زیر صوت می رسد. سپس خروجی مادون صوت با فشار استاتیکی اتمسفر است. این با استفاده از یک گره خروجی با شرایط جریان بر روی زیر صوت مدل سازی شده است.
نتایج و بحث
جریان های جرمی به دست آمده در جدول 2 نشان داده شده است . توزیع عدد ماخ و سرعت در داخل اجکتور در شکل 2 و شکل 3 نشان داده شده است.. جریان اولیه در بخش همگرا نازل تسریع می شود و به شرایط صوتی در گلو می رسد و در بخش واگرا بیشتر گسترش می یابد. در خروجی نازل اولیه، جریان ثانویه به عنوان یک دیوار مصنوعی برای جریان اولیه عمل می کند. این منجر به تشکیل گلوگاه های نازل مجازی می شود و توالی امواج انبساط و فشرده سازی را می توان در ناحیه بالادست منطقه اختلاط مشاهده کرد. سپس، جریان در امتداد مجرای با مساحت ثابت کاهش می‌یابد و به حالت سکون در دیفیوزر بازمی‌گردد. منطقه ای که در آن هر دو جریان مخلوط می شوند را می توان با ترسیم انرژی جنبشی متلاطم مشاهده کرد، به شکل 4 مراجعه کنید .
شکل 5 توزیع فشار را در امتداد خط مرکزی و دیواره های محفظه اختلاط نشان می دهد. در خط مرکزی مجرا، جریان به طور متوالی از جریان مافوق صوت به جریان مافوق صوت از طریق شوک های متعدد تغییر می کند. با این حال، این را نمی توان با اندازه گیری فشار دیوار تشخیص داد زیرا فشارهای سطحی به دلیل اتلاف در لایه مرزی تمایل به لکه دار شدن دارند (رجوع کنید به شماره 4 ). توزیع دما در شکل 6 نشان داده شده است . دمای بسیار پایین در داخل دستگاه قابل مشاهده است. این باید در هنگام طراحی یک اجکتور، به ویژه هنگام کار با جریان های دو فاز در نظر گرفته شود. نتایج به دست آمده به خوبی با Ref. 2 و رفر. 3 .
 |  |  |
0.057 کیلوگرم بر ثانیه | 0.036 کیلوگرم بر ثانیه | 0.093 کیلوگرم بر ثانیه |
شکل 2: توزیع عدد ماخ.
شکل 3: توزیع سرعت در نازل و محفظه اختلاط.
شکل 4: توزیع انرژی جنبشی آشفته. منطقه اختلاط به وضوح مشخص شده است.
شکل 5: توزیع فشار در امتداد محفظه اختلاط.
شکل 6: توزیع دما. دمای بسیار پایین را می توان در خروجی نازل مشاهده کرد. دمای خروجی اجکتور کمتر از هر دو ورودی است.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
کاربرد حاضر بسیار غیرخطی است و به روش حل حساس است. مش مورد نیاز برای ثبت برهمکنش بین شوک ها و لایه اختلاط و حل کردن محلول در نزدیکی دیوارها بسیار خوب است. با این حال، دستیابی به همگرایی با چنین مش ریز ممکن است دشوار باشد مگر اینکه از یک راه حل اولیه به اندازه کافی خوب استفاده شود. یک راه برای غلبه بر این مشکل این است که ابتدا مشکل را روی یک مش درشت حل کنید و سپس آن را اصلاح کنید. محلول روی مش درشت مقادیر اولیه خوبی را ارائه می دهد، اما در سه زمینه مهم فاقد دقت است: وضوح دیوار، جذب ضربه ها و وضوح لایه اختلاط. برای غلبه بر این موضوع می توان از ویژگی پالایش مش تطبیقی استفاده کرد. با این حال، به منظور حل کامل مش، یک نرخ رشد عنصر بالا مورد نیاز است، که به طور بالقوه منجر به مشکلات همگرایی می شود.
منابع
1. S. He، Y. Li، و RZ Wang، “پیشرفت مدلسازی ریاضی در اجکتورها”، تجدید. حفظ کنید. Energy Rev. , vol. 13، صفحات 1760-1780، 2009.
2. Y. Bartosiewicz, Zine Aidoun, P. Desevaux, and Yves Mercadier, “تحقیقات عددی و تجربی در اجکتورهای مافوق صوت”، Int. J. of Heat and Fluid Flow , vol. 26، صفحات 56-70، 2005.
3. P. Desevaux, A. Bouhangel و E. Gavignet، “تجسم جریان در اجکتورهای مافوق صوت با استفاده از تکنیک‌های لیزر توموگرافی،” بین‌المللی. J. of Refrigeration , vol. 34، صفحات 1633-1640، 2010.
4. F. Gnani, H. Zare-Behtash, and K. Kontis, “Pseudo-shock Waves and their Interactions in High Speed Intakes” Progress in Aerospace Sciences, vol. 82، صفحات 36-56، 2016.
مسیر کتابخانه برنامه: CFD_Module/High_Mach_Number_Flow/Supersonic_Ejector
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>High Mach Number Flow>Turbulent Flow>High Mach Number Flow، k- ε (hmnf) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
هندسه مدل به عنوان یک دنباله هندسی پارامتری در یک فایل MPH جداگانه در دسترس است.
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل supersonic_ejector_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
P1 | 5[ATM] | 5.0663E5 Pa | فشار کل، جریان اولیه |
P2 | 0.55[atm] | 55729 Pa | فشار کل، جریان ثانویه |
نفخ | 1[atm] | 1.0133E5 Pa | فشار، خروجی |
T1 | 300[K] | 300 K | دمای کل، جریان اولیه |
T2 | T1 | 300 K | دمای کل، جریان ثانویه |
روپیه | 287 [J/kg/K] | 287 J/(kg·K) | ثابت گاز خاص |
گاما | 1.41 | 1.41 | نسبت گرمای ویژه |
iso_diff | 0 | 0 | انتشار ایزوتروپیک |
هنگام محاسبه محلول اولیه با مش درشت، انتشار همسانگرد را برای بهبود همگرایی اضافه کنید.
4 |  روی دکمه Show More Options در نوار ابزار Model Builder کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Show More Options ، در درخت، کادر را برای گره Physics>Stabilization انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
جریان عدد ماخ زیاد، K- ε (HMNF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی High Mach Number Flow، k- ε (hmnf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان اعداد ماخ زیاد ، k- ε ، برای گسترش بخش تثبیت ناسازگار کلیک کنید . |
3 | زیربخش معادله گرما را پیدا کنید . چک باکس Isotropic Diffusion را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن δ id ، iso_diff را تایپ کنید . |
5 | زیربخش معادلات ناویر-استوکس را پیدا کنید . چک باکس Isotropic Diffusion را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن δ id ، iso_diff را تایپ کنید . |
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>High Mach Number Flow، k- ε (hmnf) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیال ، بخش ترمودینامیک را پیدا کنید . |
3 | از لیست R ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Rs را تایپ کنید . |
4 | از لیست Specify Cp یا γ ، Ratio of special heats را انتخاب کنید . |
5 | از لیست γ ، User defined را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، گاما را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | بردار u را به صورت مشخص کنید |
0 | r |
100 | z |
4 | در قسمت متن p ، 2[atm] را تایپ کنید . |
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی اصلی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Flow Properties را پیدا کنید . از لیست وضعیت ورودی ، کل را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن p 0,tot ، P1 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن T 0,tot ، T1 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن Ma 0 ، 0.14 را تایپ کنید . |
ورودی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی ثانویه را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Flow Properties را پیدا کنید . از لیست وضعیت ورودی ، کل را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن p 0,tot ، P2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن T 0,tot ، T2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن Ma 0 ، 0.01 را تایپ کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Outlet را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Flow Condition را پیدا کنید . از لیست شرایط جریان ، Subsonic را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Flow Properties را پیدا کنید . از لیست شرط مرزی ، فشار را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متنی p 0 ، Pout را تایپ کنید . |
مرحله بعدی تولید یک مش درشت برای محاسبه راه حل اولیه است.
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از لیست اندازه عنصر ، درشت را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
جزء 1 (COMP1)
یک مش دوم تولید کنید. مش لایه مرزی را اصلاح کنید و وضوح مش را روی دیوارها و در نازل افزایش دهید.
مش 2
در نوار ابزار Mesh ، روی Add Mesh کلیک کنید و Add Mesh را انتخاب کنید .
سایز 1
1 | روی Mesh 2 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 4 و 5 را انتخاب کنید (دیواره های نازل را انتخاب کنید).  |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
6 | از لیست از پیش تعریف شده ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
سایز ۲
1 | روی Mesh 2 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دیوارها را انتخاب کنید . |
5 | در لیست، 4 و 5 را انتخاب کنید . |
6 |  روی حذف از انتخاب کلیک کنید . |
7 | فقط مرزهای 6-9 و 11-15 را انتخاب کنید. |
8 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
9 | از لیست Predefined ، Fine را انتخاب کنید . |
سایز 3
1 | روی Mesh 2 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید.  |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
6 | از لیست از پیش تعریف شده ، Extremely fine را انتخاب کنید . |
سایز 4
1 | روی Mesh 2 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید.  |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
6 | از لیست از پیش تعریف شده ، درشت را انتخاب کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Predefined ، Fine را انتخاب کنید . |
اصلاح گوشه 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  More Attributes کلیک کنید و Corner Refinement را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Corner Refinement ، بخش Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دیوارها را انتخاب کنید . |
مثلثی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Triangular کلیک کنید .
Free Triangular کلیک کنید .لایه های مرزی 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Boundary Layers کلیک کنید .
Boundary Layers کلیک کنید .ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دیوارها را انتخاب کنید . |
4 | در لیست، 4 ، 5 ، و 8 را انتخاب کنید . |
5 |  روی حذف از انتخاب کلیک کنید . |
6 | فقط مرزهای 6، 7، 9 و 11-15 را انتخاب کنید. |
7 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of layers عدد 5 را تایپ کنید . |
8 | از لیست مشخصات ضخامت ، اولین لایه را انتخاب کنید . |
9 | در قسمت متن Thickness ، 5e-5 را تایپ کنید . |
ویژگی های لایه مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  More Attributes کلیک کنید و Boundary Layer Properties را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت لایه ها را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Number of layers عدد 10 را تایپ کنید . |
4 | از لیست مشخصات ضخامت ، اولین لایه را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Thickness ، 1e-5 را تایپ کنید . |
6 | فقط مرزهای 4، 5 و 8 را انتخاب کنید (دیواره های ورودی اولیه و نازل را انتخاب کنید).  |
7 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Mesh Selection کلیک کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
جزء | مش |
جزء 1 | مش 1 |
مرحله مطالعه را ویرایش کنید تا مدل را در دو مرحله حل کنید تا استحکام روش حل را افزایش دهید. ابتدا P 2 = P را حل کنید (بدون گرادیان فشار نامطلوب)، و سپس دوباره با اضافه کردن گرادیان فشار نامطلوب ( P 2 کوچکتر از P out ) مشکل را حل کنید. حلگر ادامه را غیرفعال کنید زیرا عمدتاً برای کاربردهای خطی مناسب است.
4 | برای گسترش بخش Study Extensions کلیک کنید . کادر بررسی جارو کمکی را انتخاب کنید . |
5 |  روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
P2 (فشار کل، جریان ثانویه) | بخار 0.55[atm] | پا |
7 |  روی افزودن کلیک کنید . |
8 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام پارامتر | لیست مقادیر پارامتر | واحد پارامتر |
iso_diff (نشر همسانگرد) | 0.5 0 |
9 | از لیست Run continuation for ، بدون پارامتر را انتخاب کنید . |
10 | از راه حل استفاده مجدد از لیست مرحله قبلی ، بله را انتخاب کنید . |
مشکل را با یک مش ریزتر حل کنید و از ویژگی اصلاح مش تطبیقی برای حل لایه اختلاط استفاده کنید. حل مرحله مطالعه 1 به عنوان حدس اولیه استفاده می شود.
ثابت 2
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Stationary>Stationary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، برای گسترش بخش Mesh Selection کلیک کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
جزء | مش |
جزء 1 | مش 2 |
4 | کلیک کنید تا بخش انطباق و برآورد خطا گسترش یابد . از فهرست برآوردهای انطباق و خطا ، انطباق و برآورد خطا را انتخاب کنید . |
مقدار منابع محاسباتی مورد نیاز برای حل مسئله پس از پالایش مش را می توان با استفاده از یک حل کننده تکراری کاهش داد.
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید . |
3 | در پنجره Model Builder ، Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2>Segregated 1 node را گسترش دهید ، سپس روی متغیرهای Flow u, p, T کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
5 | از لیست حل خطی ، AMG، متغیرهای جریان مایع (hmnf) را انتخاب کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2 روی Adaptive Mesh Refinement کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای اصلاح مش تطبیقی ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
8 | تیک Allow coarsening را پاک کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Stationary Solver 2>Segregated 1 روی متغیرهای Turbulence کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای مرحله جدا شده ، بخش عمومی را پیدا کنید . |
11 | از لیست حل خطی ، AMG، متغیرهای turbulence (hmnf) را انتخاب کنید . |
12 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون، از Evaluation Group برای محاسبه جریان‌های جرمی منفرد و تفاوت بین جریان‌های جرم ورودی و خروجی برای تأیید بقای جرم استفاده کنید.
نتایج
گروه ارزیابی جریان جرمی
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  Evaluation Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، گروه جریان جمعی ارزیابی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
یکپارچه سازی خط 1
1 | روی Evaluation mass flow group کلیک راست کرده و Integration>Line Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، بخش Expressions را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
hmnf.rho*w | کیلوگرم بر ثانیه |
یکپارچه سازی خط 2
روی Line Integration 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
یکپارچه سازی خط 3
در پنجره Model Builder ، روی Line Integration 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
جریان جرمی اولیه
1 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، Primary mass flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
3 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
hmnf.rho*w | کیلوگرم بر ثانیه | جریان جرمی اولیه |
جریان جرم ثانویه
1 | در پنجره Model Builder ، در گروه Results>Evaluation mass flow روی Line Integration 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، Secondary mass flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط مرز 10 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
hmnf.rho*w | کیلوگرم بر ثانیه | جریان جرم ثانویه |
جریان جرمی مخلوط
1 | در پنجره Model Builder ، در گروه Results>Evaluation mass flow روی Line Integration 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام خط ، Mixed mass flow را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
hmnf.rho*w | کیلوگرم بر ثانیه | جریان جرمی مخلوط |
اکنون عبارت را بنویسید و تفاوت بین ورودی ( int1+int2 ) و خروجی ( int3 ) را ارزیابی کنید.
گروه ارزیابی جریان جرمی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Evaluation mass flow group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه ارزیابی ، بخش Transformation را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع Transformation ، General را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، int1+int2-int3 را تایپ کنید . |
5 | کادر Keep child nodes را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن سرصفحه ستون ، تفاوت بین ورودی و خروجی را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار گروه جریان جمعی ارزیابی ، روی  ارزیابی کلیک کنید . |
بررسی کنید که آیا میانگین عدد ماخ در ورودی اولیه مشابه مقدار تعریف شده در ورودی 1 است یا خیر .
عدد ماخ، ورودی اولیه
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Derived Values کلیک کنید و Average> Line Average را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین خط ، عدد ماخ، ورودی اولیه را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های اصلاح مش تطبیقی 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (سطح پالایش ) ، Last را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی اصلی را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
hmnf.Ma | 1 | عدد ماخ |
7 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
بررسی کنید که آیا میانگین عدد ماخ در ورودی ثانویه مشابه مقدار تعریف شده در ورودی 2 است یا خیر .
عدد ماخ، ورودی ثانویه
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Derived Values کلیک کنید و Average> Line Average را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین خط ، عدد ماخ، ورودی ثانویه را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های اصلاح مش تطبیقی 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (سطح پالایش ) ، Last را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی ثانویه را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
hmnf.Ma | 1 | عدد ماخ |
7 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
در صورتی که عدد ماخ در یک یا هر دو ورودی از مقادیر اعمال شده جدا شود، مشکل باید دوباره با استفاده از اعداد ماخ جدید در ورودی حل شود.
نتایج
آینه 2 بعدی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Datasets کلیک کنید و Mirror 2D را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mirror 2D ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های اصلاح مش تطبیقی 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 |  روی Plot کلیک کنید . |
انرژی جنبشی آشفته را رسم کنید.
انرژی جنبشی آشفته
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  2D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، انرژی جنبشی آشفته را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Mirror 2D 1 را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Turbulent Kinetic Energy کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، k را تایپ کنید . |
4 | در نوار ابزار انرژی جنبشی آشفته ، روی  Plot کلیک کنید ( شکل 4 را ببینید ). |
دما را رسم کنید.
دما، 2 بعدی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، Temperature، 2D را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Mirror 2D 1 را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Temperature، 2D کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، T را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>Thermal را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار دما، دوبعدی ، روی  Plot کلیک کنید ( شکل 6 را ببینید ). |
تکامل فشار را در امتداد محفظه اختلاط رسم کنید.
خط مرکزی
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut Line 2D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Line 2D ، Center-line را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های اصلاح مش تطبیقی 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Line Data را پیدا کنید . در ردیف 2 ، r را روی 0 تنظیم کنید . |
5 | در ردیف 2 ، z را روی L_mixing قرار دهید . |
6 |  روی Plot کلیک کنید . |
دیوار
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut Line 2D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Line 2D ، دیوار را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/ راه حل های اصلاح مش تطبیقی 1 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Line Data را پیدا کنید . در ردیف 1 ، r را روی d_mixing/2 قرار دهید . |
5 | در ردیف 2 ، r را روی d_mixing/2 قرار دهید . |
6 | در ردیف 2 ، z را روی L_mixing قرار دهید . |
7 |  روی Plot کلیک کنید . |
گروه طرح 1 بعدی 10
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  1D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، قسمت Legend را پیدا کنید . |
3 | از لیست موقعیت ، پایین سمت راست را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی 1D Plot Group 10 کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Center-line را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (سطح پالایش ) ، Last را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت Expression text، p را تایپ کنید . |
6 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
8 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
10 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
خط مرکزی |
نمودار خط 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی 1D Plot Group 10 کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Wall را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب پارامتر (سطح پالایش ) ، Last را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت Expression text، p را تایپ کنید . |
6 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
8 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
9 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
10 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
دیوارها |
گروه طرح 1 بعدی 10
1 | در پنجره Model Builder ، روی 1D Plot Group 10 کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار 1D Plot Group 10 ، روی  Plot کلیک کنید ( شکل 5 را ببینید ). |
سرعت (hmnf)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity (hmnf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Mirror 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity (hmnf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
عدد ماخ (hmnf)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mach Number (hmnf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Mirror 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Mach Number (hmnf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید ( شکل 2 را ببینید ). |
