 |
جریان تراکم ناپذیر ثابت بر روی یک پشت پله
معرفی
این مدل آموزشی معادلات تراکم ناپذیر Navier-Stokes را در یک هندسه پس زمینه حل می کند. یکی از ویژگی های مشخصه جریان سیال در هندسه هایی از این نوع، ناحیه گردش مجدد است که در جایی که جریان از ناحیه ورودی باریک خارج می شود تشکیل می شود. این مدل به وضوح شکل‌گیری چنین منطقه‌ای را نشان می‌دهد که با تجسم خطوط جریان جریان به بهترین شکل نمایش داده می‌شود.
تعریف مدل
هندسه مدل
این مدل از یک لوله متصل به مخزن بلوکی شکل تشکیل شده است. شکل 1 را ببینید . به دلیل تقارن، مدل سازی یک هشتم هندسه کامل کافی است. لوله دارای یک ورودی در یک سر و مخزن دارای یک خروجی در انتهای مخالف است. تمام مرزهای دیگر دیوارهای جامد هستند.
شکل 1: هندسه مدل.
معادله دامنه و شرایط مرزی
جریان در این مدل آرام است، بنابراین از رابط Laminar Flow استفاده خواهد شد. جریان ورودی به طور کامل توسعه یافته است که با شرایط مرزی ورودی مربوطه مشخص می شود. این شرط مرزی مشخصات جریان را برای جریان کاملا توسعه یافته در کانالی با مقطع دلخواه محاسبه می کند. شرایط مرزی در خروجی یک فشار نسبی ثابت را تعیین می کند. علاوه بر این، مرزهای عمودی و مایل در امتداد طول هندسه، مرزهای تقارن هستند. تمام مرزهای دیگر دیوارهای جامدی هستند که با شرایط مرزی بدون لغزش توصیف می شوند.
نتایج
شکل 2 نمودار ترکیبی سطح و فلش سرعت جریان را نشان می دهد. این نمودار ناحیه گردش مجدد مخزن را بلافاصله پس از انتهای لوله ورودی نشان نمی دهد. برای این منظور، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است، یک نمودار ساده مفیدتر است.
شکل 2: میدان سرعت در هندسه بک استپ.
شکل 3: ناحیه چرخش مجدد با استفاده از نمودار خط جریان سرعت مشاهده شده است.
مسیر کتابخانه برنامه: CFD_Module/Single-Phase_Flow/backstep
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  3D کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Single-Phase Flow>Laminar Flow (spf) 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 . |
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 |
v0 | 1[cm/s] | 0.01 متر بر ثانیه | سرعت ورودی |
هندسه 1
می توانید هندسه بک استپ را از ابتدایی های هندسی بسازید. در اینجا، به جای آن، از یک فایل حاوی توالی ویژگی های هندسی که برای راحتی ارائه شده است استفاده کنید.
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 backstep_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هندسه مدل اکنون کامل شده است ( شکل 1 ).
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
جریان آرام (SPF)
ورودی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک راست کرده و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Boundary Condition را پیدا کنید . |
4 | از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . در قسمت متن U av ، v0 را تایپ کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 2 و 3 را انتخاب کنید. |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات خروجی ، بخش شرایط فشار را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Normal flow را انتخاب کنید . |
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 . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مطالعه 1
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی محاسبه کلیک کنید .
روی محاسبه کلیک کنید .نتایج
نمودار برشی از سرعت و نموداری که توزیع فشار روی دیوارهای خارجی را نشان می دهد به طور خودکار تولید می شود. نمودار برش را برای بدست آوردن شکل 2 تغییر دهید .
تکه
1 | در پنجره Model Builder ، گره Velocity (spf) را گسترش دهید . |
2 | روی Results>Velocity (spf)>Slice کلیک راست کرده و Delete را انتخاب کنید . برای تایید روی Yes کلیک کنید . |
سطح 1
در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
سطح پیکان 1
1 | روی Velocity (spf) کلیک راست کرده و Arrow Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Arrow Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از فهرست طول پیکان ، Logarithmic را انتخاب کنید . |
4 | از لیست رنگ ، زرد را انتخاب کنید . |
5 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
برای مشاهده اثرات گردش مجدد، یک نمودار ساده از میدان سرعت ایجاد کنید.
سرعت، خطوط ساده
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Velocity، Streamlines را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
ساده 1
1 | روی Velocity، Streamlines کلیک راست کرده و Streamline را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
4 | زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست نوع ، لوله را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
روی Streamline 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید .
