 |
خنک کننده همرفت طبیعی فلاسک خلاء
معرفی
این مثال یک مشکل رسانایی خالص و یک مسئله همرفت آزاد را حل می کند که در آن فلاسک خلاء که قهوه داغ را در خود نگه می دارد انرژی حرارتی را از بین می برد. علاقه اصلی محاسبه قدرت خنک کنندگی فلاسک است. یعنی در هر واحد زمان چقدر گرما از دست می دهد.
شکل 1: تصویر شماتیک فلاسک.
دمای اولیه قهوه 90 درجه سانتی گراد است و به مرور زمان خنک می شود. مدت زمان مشاهده 10 ساعت است. این آموزش دو رویکرد مختلف را برای مدلسازی خنک‌کننده همرفت طبیعی مقایسه می‌کند:
• | استفاده از ضرایب انتقال حرارت برای توصیف اتلاف حرارتی |
• | مدلسازی جریان همرفتی هوا در خارج از فلاسک برای توصیف اتلاف حرارتی |
اولین رویکرد، شار گرمای بیرونی را با استفاده از تابع ضریب انتقال حرارت از کتابخانه Heat Transfer Coefficients همراه با ماژول انتقال حرارت توصیف می‌کند. این منجر به یک مدل نسبتاً ساده می شود که به خوبی خنک کننده ثابت را پیش بینی می کند و نتایج دقیقی را برای توزیع دما و توان خنک کننده ایجاد می کند.
روش دوم معادلات کل تعادل انرژی و جریان هوای خنک کننده بیرون را حل می کند. این نرم افزار نتایج دقیقی را برای میدان جریان در اطراف فلاسک و همچنین برای توزیع دما و قدرت خنک کننده ایجاد می کند. با این حال، پیچیده تر است و به منابع محاسباتی بیشتری نسبت به نسخه اول نیاز دارد.
تعریف مدل
شکل 2 هندسه مدل را نشان می دهد.
شکل 2: نمایش متقارن محوری 2 بعدی فلاسک خلاء.
کنترل صدا
برای رویکرد اول، مدل شامل یک حجم کنترلی در اطراف فلاسک برای نشان دادن دامنه هوای اطراف نیست. در عوض، از یک همبستگی ضریب انتقال حرارت برای صفحات عمودی و افقی استفاده می کند.
برای رویکرد دوم، مدل از یک حجم کنترل در اطراف فلاسک برای نشان دادن دامنه هوای اطراف استفاده می کند. انتخاب یک حجم کنترل مناسب برای مدل های همرفت طبیعی دشوار است. انتخاب شما به شدت بر مدل، مش، همگرایی و به ویژه رفتار جریان تأثیر می گذارد. حوزه هوای دنیای واقعی که فلاسک را احاطه کرده است، کل اتاق یا فضایی است که فلاسک در آن قرار می گیرد. بزرگ کردن مستطیل به اندازه اتاق بیرونی منجر به یک مدل بسیار بزرگ می شود که برای حل آن نیاز به یک ابر رایانه دارد. از طرف دیگر، اگر حجم کنترل را خیلی کوچک کنید، محلول تحت تأثیر شرایط مرزی مصنوعی تحمیلی قرار می‌گیرد و همچنین می‌تواند یک بریدگی از گرداب‌های جریان ایجاد شود که همگرایی را دشوار می‌کند.
یک برش مناسب باید میدان جریان را در اطراف فلاسک حل کند اما از مدل سازی یک محیط بزرگ اجتناب کند. یک راه برای نزدیک شدن به این کار این است که با یک حجم کنترل کوچک شروع کنید، مدل را تنظیم و حل کنید، سپس حجم کنترل را گسترش دهید، دوباره مدل را حل کنید و ببینید آیا نتایج تغییر می کند یا خیر. این مثال از یک حجم کنترلی به اندازه کافی بزرگ با کوتاه کردن دامنه هوا در r = 0.1 m و z = 0.5 m استفاده می کند. شرایط مرزی در مرزهایی که برای حجم زیاد باز هستند می تواند هم ورود و هم خروج سیال را کنترل کند. سیال ورودی دارای دمای محیط اطراف است در حالی که سیال خروجی دارای دمای ناشناخته ای است که از اثرات خنک کننده میدان جریان ناشی می شود.
خواص مواد
سپس مواد تشکیل دهنده مدل فلاسک را در نظر بگیرید. فلاسک حاوی قهوه ای است که تقریباً همان خواص مواد آب را دارد. درپوش پیچ و حلقه عایق از نایلون ساخته شده است. بطری فلاسک از فولاد ضد زنگ تشکیل شده است و ماده پرکننده بین دیواره های داخلی و خارجی یک فوم پلاستیکی است. کتابخانه متریال شامل تمام متریال های استفاده شده در این مدل به جز فوم است که به صورت دستی مشخص می کنید. جدول 1 فهرستی از خواص حرارتی فوم استاندارد را ارائه می دهد.
ویژگی | ارزش |
رسانایی | 0.03 W/(m·K) |
تراکم | 60 کیلوگرم بر متر مکعب |
ظرفیت گرمایی | 200 J/(kg·K) |
فیزیک انتقال حرارت
این مثال فرض می‌کند که مایع داغ (قهوه) دارای توزیع دمایی یکنواخت است که فقط با زمان تغییر می‌کند. این یک تقریب معقول است زیرا دوره مشاهده طولانی است و اثرات دماهای متغیر مکانی در مایع کم است. ماژول انتقال حرارت ویژگی دامنه همدما را فراهم می کند. این فقط یک معادله دیفرانسیل معمولی اضافی را حل می کند:
که در آن m مجموع جرم دامنه است که می تواند تجویز شود یا به طور خودکار از روی خواص مواد محاسبه شود. عبارت منبع Q از موجودیت های مجاور محاسبه می شود.
مایع داغ فلاسک را به طور کامل پر نمی کند و هوا در قسمت داخلی باقی مانده وجود دارد. همرفت طبیعی را می توان در این حوزه نادیده گرفت و بنابراین ویژگی سیال با سرعت صفر اعمال می شود.
دیواره های فلاسک که از فولاد ساخته شده اند به صورت لایه های نازک رسانا مدل سازی شده اند تا ضخامت آنها نیازی به جداسازی مشبک نداشته باشد.
ضریب انتقال حرارت برای مدلسازی تبادل بین مایع و دیواره‌ها و حوزه هوای بالای مایع استفاده می‌شود. به دلیل خواص عایق بودن سایر قسمت های فلاسک خلاء، این رابط انتقال حرارت کلی را محدود نمی کند. از این رو، مقدار ضریب انتقال حرارت مورد استفاده در این رابط واقعاً مهم نیست، به شرط اینکه به اندازه کافی بزرگ باشد.
رویکرد 1 – بارگذاری تابع ضریب انتقال حرارت
این نرم افزار از یک رویکرد ساده استفاده می کند و معادله رسانایی حرارتی وابسته به زمان را با استفاده از ضریب انتقال حرارت، h ، برای توصیف خنک کننده همرفت طبیعی در سطوح بیرونی فلاسک حل می کند. این رویکرد در بسیاری از موقعیت ها بسیار قدرتمند است، به خصوص اگر علاقه اصلی رفتار جریان نباشد، بلکه قدرت خنک کنندگی آن باشد. با استفاده از همبستگی های h مناسب ، می توانید به طور کلی با هزینه محاسباتی بسیار کم به نتایج دقیق برسید. علاوه بر این، بسیاری از همبستگی ها برای طیف گسترده ای از رژیم های جریان، از جریان آرام گرفته تا جریان آشفته معتبر هستند. این امر امکان نزدیک شدن مستقیم به مسئله را بدون پیش‌بینی آرام یا متلاطم بودن جریان می‌دهد.
شرایط مرزی
مرزهای عمودی در امتداد محور تقارن دارای شرایط تقارن هستند (شیب صفر، تنظیم شده توسط COMSOL Multiphysics به طور خودکار). قسمت پایین کاملاً عایق بندی شده است (شار صفر). سطوح فلاسک در معرض هوا قرار گرفته و توسط همرفت خنک می شوند. استفاده از ویژگی لایه نازک ضخامت پوسته فولادی را مدل می کند.
تنها شرط مرزی تعادل انرژی باقیمانده برای سطح فلاسک است. در رویکرد اول یک ضریب انتقال حرارت همرفتی همراه با دمای محیط، 25 درجه سانتیگراد، شار گرما را توصیف می کند.
ضریب انتقال حرارت همرفتی
سطوح بیرونی گرما را از طریق همرفت طبیعی دفع می کنند. این افت با ضریب انتقال حرارت همرفتی، h مشخص می شود ، که در عمل اغلب با همبستگی های کتابچه راهنمای تجربی تعیین می کنید. از آنجایی که این همبستگی ها به دمای سطح، سطح T بستگی دارد ، مهندسان باید سطح T را تخمین بزنند و سپس بین h و سطح T تکرار کنند تا یک مقدار همگرا برای h بدست آورند . بیشتر این همبستگی‌ها نیازمند محاسبات خسته‌کننده و درون‌یابی ویژگی‌ها هستند که این فرآیند تکراری را کاملاً ناخوشایند و کار فشرده می‌کند.
یک همبستگی معمولی دفترچه راهنما (رجوع کنید به شماره 1 ) برای h برای مورد همرفت طبیعی در هوا در یک دیوار گرم عمودی Ra L ≤ 10 9 است .
که در آن Ra L و Pr اعداد بی بعد ریلی و پراندتل هستند. یک رابطه مشابه شامل اعداد ناسلت برای سطوح شیبدار و افقی برقرار است ( برای جزئیات به همبستگی های انتقال حرارت همرفتی در راهنمای کاربر ماژول انتقال حرارت مراجعه کنید ).
COMSOL Multiphysics این نوع غیرخطی‌ها را به صورت داخلی مدیریت می‌کند و راحتی زیادی به چنین محاسباتی می‌افزاید، بنابراین نیازی به تکرار نیست.
ماژول انتقال حرارت توابع ضریب انتقال حرارت را ارائه می دهد که می توانید به راحتی در ویژگی شار حرارتی همرفتی به آنها دسترسی داشته باشید.
رویکرد 2 – مدل سازی جریان خارجی
روش دیگر برای شبیه سازی فلاسک خنک شده، تولید مدلی است که میدان سرعت همرفتی اطراف فلاسک را با جزئیات محاسبه می کند. قبل از ادامه شبیه‌سازی از این نوع، ایده خوبی است که سعی کنید عدد ریلی را تخمین بزنید زیرا این عدد بر انتخاب بین فرض جریان آرام و اعمال یک مدل آشفتگی تأثیر می‌گذارد.
عدد ریلی نسبت بین نیروی شناوری و ویسکوز را در مسائل همرفت آزاد توصیف می کند. به عنوان تعریف شده است
با g به عنوان گرانش (واحد SI: m/s 2 )، κ ، انتشار حرارتی (واحد SI: m2 / s)، Δ T اختلاف دما (واحد SI: K)، h ارتفاع جسم همرفتی (SI) واحد: m)، α p ضریب انبساط حرارتی (واحد SI: 1/K)، و ν ویسکوزیته سینماتیکی (واحد SI: m2 / s).
مقیاس طول مدل، طول مسیر جریان سیال گرم شده است، در این مثال 0.5 متر است. توجه داشته باشید که اگر دامنه جریان مدل سازی شده در جهت جریان گسترش یابد، این مقدار افزایش می یابد. Δ T حدود 15 کلوین است (با فرض اینکه دمای سطح فلاسک 15 درجه سانتی گراد بالاتر از دمای محیط باشد). همراه با خواص مواد هوا در فشار اتمسفر و T در حدود 25 درجه سانتیگراد، نتیجه زیر 1·10 9 است ، که نشان می دهد جریان هنوز آرام است و نه متلاطم. بنابراین، مدلسازی جریان با استفاده از رابط فیزیک برای جریان آرام منطقی است.
جریان شناور محور
برای مدلسازی جریان شناور غیر گرمایی، مثال زیر نیروی شناوری را در سیال اعمال می‌کند. این یک فرمول ناویر-استوکس تعمیم یافته را ارائه می دهد که چگالی های مختلف و همچنین معادله انرژی را در نظر می گیرد.
نیروهای شناوری با استفاده از ویژگی Gravity که در بخش Gravity در راهنمای کاربر ماژول CFD توضیح داده شده است، گنجانده شده است .
شرایط مرزی
هنگام حل مسائل جریان به صورت عددی، شهود مهندسی شما در تنظیم شرایط مرزی خوب بسیار مهم است. در این مشکل، فلاسک گرم جریان‌های هوای عمودی را در امتداد دیواره‌های خود به حرکت در می‌آورد و آنها در نهایت در یک ستون حرارتی بالای بالای فلاسک به هم می‌پیوندند. هوا از محیط اطراف به سمت فلاسک کشیده می شود و در نهایت به جریان عمودی وارد می شود.
شرط مرزی باز یک شرط مرزی برای معادله گرما و جریان است و می تواند جریان ورودی را با دمای محیط و جریان خروجی را با دمای ناشناخته a-priori کنترل کند.
شما انتظار دارید که این جریان کاملاً ضعیف باشد و بنابراین هیچ تغییر قابل توجهی در فشار دینامیکی پیش بینی نکنید.
شرایط مرزی جریان
• | در مرزهای بالا و سمت راست، تنش نرمال به عنوان یک مرز باز با دمای محیط 25 درجه سانتی گراد صفر است. |
• | در مرز سمت چپ بالا، دامنه جریان با محور تقارن منطبق است که در آن شرط تقارن محوری به طور خودکار اعمال می شود. |
• | تمام مرزهای دیگر (سطح فلاسک و خط افقی پایین) دیوارهایی با شرایط بدون لغزش هستند. |
شرایط مرزی حرارتی
• | مرزهای بالا و سمت راست به ترتیب خروجی و ورودی حوزه جریان هستند که در آن جابجایی غالب است. بر این اساس، از یک شرط مرزی باز استفاده کنید. |
• | باز هم، بالا سمت چپ با تقارن محوری توصیف می شود که به طور پیش فرض تنظیم شده است. |
• | فرض کنید قسمت پایین کاملاً عایق شده است. |
تمام مرزهای دیگر (سطح فلاسک) به طور پیش فرض دارای تداوم دما و شار هستند.
نتایج و بحث
شکل 3 توزیع دما را در فلاسک و هوای اطراف نشان می دهد. با این حال، نتایج دما در قطعات جامد برای مدلسازی با ضریب انتقال حرارت تقریباً یکسان است.
شکل 3: نتایج دما برای مدل شامل جریان سیال.
یکی از اهداف این مدل پیش بینی دمای قهوه در طول زمان است. نمودار زیر نتایج هر دو رویکرد را نشان می دهد و می توان دید که هر دو نتیجه تقریباً منحنی مشابهی را تولید می کنند.
شکل 4: دمای دامنه همدما در طول زمان برای هر دو رویکرد.
سوال دوم به نحوه توزیع قدرت خنک کننده روی سطح فلاسک مربوط می شود. ضریب انتقال حرارت نشان دهنده این ویژگی است. شکل 5 مقایسه ای از توزیع پیش بینی شده h را در طول ارتفاع فلاسک بین دو مدل نشان می دهد.
شکل 5: ضریب انتقال حرارت در امتداد دیواره های فلاسک عمودی. خط آبی: رویکرد مدلسازی با استفاده از کتابخانه ضریب انتقال حرارت، خط سبز: رویکرد مدلسازی شامل جریان سیال.
شکل 6 جریان هوا در اطراف فلاسک را نشان می دهد که از مدل جریان محاسبه شده است. این مدل جریان سیال کار بهتری در توصیف قدرت خنک کننده محلی انجام می دهد.
یکی از نتایج جالب گردابی است که در بالای درب ایجاد شده است. باعث کاهش سرمایش در این منطقه می شود.
شکل 6: سرعت سیال برای هوای اطراف فلاسک.
نتیجه گیری
با استفاده از شرایط شار حرارتی همرفتی می توانید به راحتی نتایج شبیه سازی را بدست آورید. ضریب انتقال حرارت پیش‌بینی‌شده در همان محدوده نتایج حاصل از مدلی است که همبستگی‌ها را شامل می‌شود، و قدرت خنک‌کننده کل تقریباً یکسان است.
با این حال، ضرایب انتقال حرارت از پیش تعریف شده، اثرات موضعی جریان هوای اطراف فلاسک را پیش بینی نمی کند. برای این منظور، یک مدل جریان دقیق تر است. این بدان معنی است که شما می توانید از این نوع مدل برای ایجاد و کالیبره کردن توابع برای ضرایب انتقال حرارت برای هندسه های خود استفاده کنید. پس از کالیبره شدن، توابع به شما این امکان را می دهند که هنگام حل مدل های مقیاس بزرگ و وابسته به زمان، از اولین رویکرد استفاده کنید.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_انتقال_حرارت/آموزشها،همرفت_اجباری_و_طبیعی/فلاسک_خلاء
ارجاع
1. F. Incropera, D. Dewitt, T. Bergman, and A. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer , ویرایش ششم, John Wiley & Sons, 2007.
دستورالعمل مدلسازی
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 ، Heat Transfer>Heat Transfer in Solids (ht) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
دنباله هندسی برای مدل در یک فایل موجود است. اگر می‌خواهید خودتان آن را از ابتدا ایجاد کنید، می‌توانید دستورالعمل‌های بخش دستورالعمل‌های مدلسازی هندسه را دنبال کنید . در غیر این صورت، دنباله هندسی را به صورت زیر وارد 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 vacuum_flask_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 . |
اکنون باید هندسه نشان داده شده در شکل 2 را ببینید .
در بخش بعدی، انتخاب هایی را که در طول تنظیم مدل مورد نیاز خواهند بود، تعریف می کنید، به عنوان مثال مرزهایی که نمایانگر پوسته فولادی فلاسک هستند و مرزهایی که به صورت همرفتی توسط هوای اطراف خنک می شوند.
تعاریف
پوسته
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Shell را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 9-12، 14 و 17-22 را انتخاب کنید.  |
فلاسک، دیوارهای عمودی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Flask, Vertical Walls را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 15–17 و 22 را انتخاب 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 |
T_با | 25 [درجه سانتیگراد] | 298.15 K | دمای هوای اطراف |
تی_قهوه | 90 [درجه سانتیگراد] | 363.15 K | دمای قهوه |
d_shell | 0.5[mm] | 5E-4m | ضخامت پوسته فولادی |
p_amb | 1[atm] | 1.0133E5 Pa | فشار محیط |
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>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در درخت، Built-in>Nylon را انتخاب کنید . |
8 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
9 | در درخت، Built-in>Steel AISI 4340 را انتخاب کنید . |
10 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
11 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آب (مت1)
انتخاب موجودیت هندسی پیش‌فرض را ترک کنید. مواد بعدی که اضافه می‌کنید، هوا را به عنوان ماده برای دامنه‌هایی که در آن کاربرد ندارد لغو می‌کنند.
خواص قهوه تقریباً مانند آب است.
آب، مایع (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Water, liquid (mat2) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
نایلون (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی نایلون (mat3) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 4 و 5 را انتخاب کنید. |
فولاد AISI 4340 (mat4)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Steel AISI 4340 (mat4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Shell را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Material Properties را پیدا کنید . در درخت Properties Material ، Geometric Properties>Shell>Thickness (lth) را انتخاب کنید . |
6 |  روی افزودن به مواد کلیک کنید . |
7 | برای جمع کردن قسمت Material Properties کلیک کنید . قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضخامت | lth | d_shell | متر | پوسته |
فوم
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، فوم را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.03 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 60 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 200 | J/(kg·K) | پایه ای |
تعاریف (COMP1)
ویژگی های محیط 1 (apr1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Shared Properties کلیک کنید و Ambient Properties را انتخاب کنید . |
دمای محیط مورد استفاده در شرایط مرزی و مقادیر اولیه را تعریف کنید.
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های محیط ، بخش شرایط محیط را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T amb ، T_amb را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در جامدات (HT)
با فرض اینکه دمای قهوه یکنواخت است و فقط به زمان بستگی دارد، دامنه را می توان به عنوان دامنه همدما با دمای اولیه قهوه تعریف کرد.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات (ht) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت در جامدات ، بخش Physical Model را پیدا کنید . |
3 | چک باکس Isothermal domain را انتخاب کنید . |
مایع 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Fluid را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 3 را انتخاب 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 | از لیست T ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
دامنه همدما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Domain Isothermal را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
برای شرایط مرزی رابط دامنه همدما از یک شرایط شار حرارتی استفاده کنید که انتقال حرارت خوب از قهوه به مرز پوسته رسانای نازک را توصیف می کند.
رابط دامنه همدما 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Isothermal Domain Interface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای رابط دامنه همدما ، بخش رابط دامنه همدما را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع رابط ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن h عدد 100 را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و مقادیر اولیه را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن T ، T_coffee را تایپ کنید . |
دیواره های فولادی فلاسک با یک شرایط مرزی ویژه برای لایه های بسیار رسانا نشان داده می شود:
لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و لایه نازک را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه نازک ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Shell را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Layer Model را پیدا کنید . از لیست نوع لایه ، تقریب حرارتی نازک را انتخاب کنید . |
برای خنک کردن محیط اطراف، شرایط شار حرارتی را اضافه کنید که از ضرایب انتقال حرارت مناسب از یک کتابخانه استفاده می کند.
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Flask، Vertical Walls را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | از لیست ضریب انتقال حرارت ، همرفت طبیعی خارجی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن L ، ارتفاع را تایپ کنید . |
7 | از لیست T ext ، دمای محیط (ampr1) را انتخاب کنید . |
شار حرارتی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 8 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Heat Flux ، بخش Heat Flux را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | از لیست ضریب انتقال حرارت ، همرفت طبیعی خارجی را انتخاب کنید . |
6 | از لیست، صفحه افقی ، بالا را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن L ، عبارت radius را تایپ کنید . |
8 | از لیست T ext ، دمای محیط (ampr1) 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 فهرست اندازه عنصر ، Extra fine را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد زمان ، h را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن زمان خروجی ، range(0,0.1,10) را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
دما، سه بعدی (ht)
نمودار دما سه بعدی و نمودار کانتور همدما به طور پیش فرض تولید می شوند. برای نمایش دما بر حسب درجه سانتیگراد، می توانید این نمودارهای موجود را ویرایش کنید:
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature, 3D (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست پارامترهای راه حل ، از والدین را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار دما، سه بعدی (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
کانتور
1 | در پنجره Model Builder ، گره Isothermal Contours (ht) را گسترش دهید ، سپس روی Contour کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Isothermal Contours (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
یک نمودار سه بعدی از دمای پوسته اضافه کنید.
دمای پوسته، سه بعدی (ht)
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 ، Shell Temperature، 3D (ht) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید. |
برش مواد لایه ای 1
1 | در نوار ابزار Shell Temperature، 3D (ht) ، روی  More Plots کلیک کنید و لایه لایه لایه را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه لایه لایه ، قسمت Through-Thickness Location را پیدا کنید . |
3 | از لیست تعریف موقعیت مکانی ، Interfaces را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
8 | در نوار ابزار Shell Temperature، 3D (ht) ، روی  Plot کلیک کنید . |
رویکرد 2 – مدل سازی جریان خارجی
رویکرد مدلسازی دوم در همان فایل MPH انجام می‌شود. به این ترتیب نتایج حاصل از هر دو رویکرد را می توان به طور مستقیم با هم مقایسه کرد. مدل دوم را به صورت زیر اضافه کنید:
افزودن کامپوننت
در پنجره Model Builder ، روی گره ریشه کلیک راست کرده و Add Component>2D Axismetric را انتخاب کنید .
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، انتقال حرارت > انتقال حرارت مزدوج > جریان آرام را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای مطالعه 1 پاک کنید . |
5 | روی Add to Component 2 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
4 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه بیابید . در جدول، کادر حل را برای انتقال حرارت در جامدات (ht) پاک کنید . |
به این ترتیب، مطالعه جدید تنها رابط های انتقال حرارت و جریان آرام را حل می کند.
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
هندسه 2
هندسه فلاسک قبلاً در جزء 1 وجود دارد . دنباله هندسه را از بالا به صورت زیر وارد کنید:
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 | از لیست منبع ، ترتیب هندسه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Geometry ، هندسه 1 را انتخاب کنید . |
5 | روی Import کلیک کنید . |
در این روش، شما جریان سیال را به صراحت مدل می‌کنید، بنابراین باید یک دامنه جریان به مدل اضافه کنید.
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.1[m] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.5[m] را تایپ کنید . |
5 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
همان انتخاب‌های قبلی را تعریف کنید، که می‌توانید در طول راه‌اندازی مدل و برای مقایسه نتایج این روش با روش اول استفاده کنید.
تعاریف (COMP2)
پوسته
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Shell را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 11-14، 16، 19 و 22-26 را انتخاب کنید. |
فلاسک، دیوارهای عمودی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Flask, Vertical Walls را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 17–19 و 26 را انتخاب کنید. |
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>Air را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در درخت، Built-in>Nylon را انتخاب کنید . |
8 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
9 | در درخت، Built-in>Steel AISI 4340 را انتخاب کنید . |
10 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
11 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آب (mat6)
مجدداً، انتخاب موجودیت هندسی پیش فرض را رها کنید. مواد بعدی که اضافه می‌کنید، هوا را به عنوان ماده برای دامنه‌هایی که در آن کاربرد ندارد لغو می‌کنند.
خواص قهوه تقریباً مانند آب است.
آب، مایع (mat7)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Water, liquid (mat7) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
نایلون (مت8)
1 | در پنجره Model Builder ، روی نایلون (mat8) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 4 و 6 را انتخاب کنید. |
فولاد AISI 4340 (mat9)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Steel AISI 4340 (mat9) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Shell را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Material Properties را پیدا کنید . در درخت Properties Material ، Geometric Properties>Shell>Thickness (lth) را انتخاب کنید . |
6 |  روی افزودن به مواد کلیک کنید . |
7 | برای جمع کردن قسمت Material Properties کلیک کنید . قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
ضخامت | lth | d_shell | متر | پوسته |
فوم
1 | در نوار ابزار Materials ، روی  Blank Material کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، فوم را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.03 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 60 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 200 | J/(kg·K) | پایه ای |
پس از راه‌اندازی رابط‌های فیزیک، اخطار برای مواد گمشده که با صلیب‌های قرمز در گره مواد مشخص شده است، ناپدید می‌شود.
جریان آرام (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای جریان آرام بخش Physical Model را پیدا کنید . |
4 | چک باکس Include gravity را انتخاب کنید . |
5 | قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . روی ایجاد انتخاب کلیک کنید .  |
6 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name، Air را تایپ کنید . |
7 | روی OK کلیک کنید . |
تعاریف (COMP2)
Ambient Properties 2 (ampr2)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Shared Properties کلیک کنید و Ambient Properties را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های محیط ، بخش شرایط محیط را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T amb ، T_amb را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات 2 (HT2)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Transfer Heat in Solids and Fluids 2 (ht2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت در جامدات و سیالات ، بخش Physical Model را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ref ، T_amb را تایپ کنید . |
مایع 1
رابط به طور پیش‌فرض گره‌هایی را برای حوزه جامد و سیال فراهم می‌کند و مرحله باقیمانده تخصیص دامنه هوای اطراف به گره ویژگی‌های سیال است . از آنجایی که چگالی به دما و فشار بستگی دارد، فشار محاسبه شده را به عنوان ورودی این ویژگی ماده انتخاب کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2)>Heat Transfer in Solids and Fluids 2 (ht2) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، هوا را انتخاب کنید . |
برای به دست آوردن یک حدس اولیه خوب برای حل کننده، مقدار اولیه دما را روی دمای محیط تنظیم 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 | از لیست T 2 ، دمای محیط (ampr2) را انتخاب کنید . |
جریان آرام (SPF)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید .
باز کردن مرز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Open Boundary را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 10 و 21 را انتخاب کنید. |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات 2 (HT2)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Transfer Heat in Solids and Fluids 2 (ht2) کلیک کنید .
مایع 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Fluid را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره Model Builder ، روی Transfer Heat in Solids and Fluids 2 (ht2) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات برای انتقال حرارت در جامدات و سیالات ، بخش Physical Model را پیدا کنید . |
5 | چک باکس Isothermal domain را انتخاب کنید . |
دامنه همدما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Domain Isothermal را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
رابط دامنه همدما 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Isothermal Domain Interface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای رابط دامنه همدما ، بخش رابط دامنه همدما را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع رابط ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن h عدد 100 را تایپ کنید . |
مقادیر اولیه 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و مقادیر اولیه را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن T 2 ، T_coffee را تایپ کنید . |
لایه نازک 1
1 | در نوار ابزار فیزیک ، روی  Boundaries کلیک کنید و لایه نازک را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه نازک ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Shell را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Layer Model را پیدا کنید . از لیست نوع لایه ، تقریب حرارتی نازک را انتخاب کنید . |
باز کردن مرز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Open Boundary را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 10 و 21 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Open Boundary ، بخش Upstream Properties را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن T ustr ، T_amb را تایپ کنید . |
مش 2
برای به دست آوردن وضوح خوبی از میدان جریان، از یک مش ریزتر استفاده کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 2 (comp2) روی Mesh 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از فهرست اندازه عنصر ، Finer را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
تفاوت‌های زیاد مقادیر اولیه T_coffee و T_amb می‌تواند باعث بی‌ثباتی عددی شود اگر گام‌های زمانی بیش از حد بزرگ شوند. وادار کردن حل کننده به استفاده از مراحل زمانی کوچک در ابتدا تا زمانی که گرادیان های قوی محو شوند به غلبه بر این مشکل کمک می کند. برای انجام این کار، دو مرحله حلگر وابسته به زمان را در یک مطالعه اضافه کنید. فواصل زمانی را به صورت زیر تنظیم کنید:
مطالعه 2
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در زیر مطالعه 2 ، روی Step 1: Time Dependent کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد زمان ، h را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی بار خروجی ، range(0,0.1,10)[s] range(0.1,0.1,10) را تایپ کنید . |
راه حل 2 (sol2)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 2 (sol2) را گسترش دهید ، سپس روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، برای گسترش بخش Time Steping کلیک کنید . |
4 | از لیست مراحل انجام شده توسط حل کننده ، Intermediate را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
برای وضوح، گروه های طرح را بر اساس مطالعه مرتب کنید.
نتایج
خطوط همدما (ht)، دمای پوسته، 3D (ht)، دما، 3D (ht)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results ، برای انتخاب Temperature، 3D (ht) ، Isothermal Contours (ht) و Shell Temperature، 3D (ht) Ctrl کلیک کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
مطالعه 1
در پنجره تنظیمات برای گروه ، Study 1 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
خطوط همدما (ht2)، فشار (spf)، دما، 3 بعدی (ht2)، سرعت (spf)، سرعت، 3 بعدی (spf)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results ، روی Ctrl کلیک کنید تا Temperature، 3D (ht2) ، خطوط همدما (ht2) ، سرعت (spf) ، فشار (spf) و سرعت، 3D (spf) را انتخاب کنید . |
2 | کلیک راست کرده و Group را انتخاب کنید . |
مطالعه 2
در پنجره تنظیمات گروه ، Study 2 را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
دما، سه بعدی (ht2)
نمودار دمای پیش فرض را برای استفاده از درجه سانتیگراد به عنوان واحد کمیت تغییر دهید (مانند شکل 3 ).
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Temperature, 3D (ht2) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست پارامترهای راه حل ، از والدین را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
5 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
6 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
دوباره، یک نمودار سه بعدی از دمای پوسته اضافه کنید.
دمای پوسته، سه بعدی (ht2)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، Shell Temperature، 3D (ht2) را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
برش مواد لایه ای 1
1 | در نوار ابزار Shell Temperature، 3D (ht2) ، روی  More Plots کلیک کنید و لایه لایه لایه را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه لایه لایه ، قسمت Through-Thickness Location را پیدا کنید . |
3 | از لیست تعریف موقعیت مکانی ، Interfaces را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . از لیست واحد ، degC را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>HeatCameraLight را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
8 | در نوار ابزار Shell Temperature، 3D (ht2) ، روی  Plot کلیک کنید . |
سرعت، سه بعدی (spf)
میدان سرعت به طور خودکار در گروه نمودار اختصاصی آن نشان داده می شود ( شکل 6 را ببینید ).
مطالعه 2
یک نمودار دوبعدی از خطوط جریان سرعت ایجاد کنید.
سرعت، خطوط ساده
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 ، Velocity، Streamlines را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (3) (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (h) 10 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
ساده 1
1 | روی Velocity، Streamlines کلیک راست کرده و Streamline را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Laminar Flow>Velocity and Press>u,w – Velocity را انتخاب کنید . |
3 | بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . از لیست موقعیت یابی ، مقدار کنترل شده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در نوار ابزار Velocity، Streamlines ، روی  Color Expression کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Laminar Flow>Velocity and Press>spf.U – Velocity magnitude – m/s را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار Velocity، Streamlines ، روی  Plot کلیک کنید . |
4 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
برای مقایسه هر دو روش، دمای قهوه را در طول زمان ارزیابی کنید و از نمودار 1 بعدی برای تجسم نتایج استفاده کنید. راه حل ها در زیر گره Datasets ذخیره می شوند و برای هر نمودار می توانید انتخاب کنید که کدام مجموعه داده باید استفاده شود.
دمای قهوه در مقابل زمان
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، دمای قهوه در مقابل زمان را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، Coffee temperature evolution را تایپ کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Temperature (degC) را تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | در نوار ابزار دمای قهوه در مقابل زمان ، روی  جهانی کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids>Temperature>ht.id1.T – دمای دامنه همدما – K را انتخاب کنید . |
3 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.id1.T | tenC | دمای دامنه همدما – جریان محاسبه نشده است |
4 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
جریان محاسبه نشده است |
دمای قهوه در مقابل زمان
در پنجره Model Builder ، روی Coffee Temperature vs. Time کلیک کنید .
جهانی 2
1 | در نوار ابزار دمای قهوه در مقابل زمان ، روی  جهانی کلیک کنید . |
برای مقایسه ضرایب انتقال حرارت برای دو رویکرد مدلسازی ( شکل 4 )، موارد زیر را انجام دهید:
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (3) (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 2 (comp2)>Heat Transfer in Solids and Fluids 2>Temperature>ht2.id1.T – Isothermal domain temperature – K را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht2.id1.T | tenC | دمای دامنه همدما – جریان محاسبه شده |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
7 | زیربخش نشانگرهای خط را پیدا کنید . از لیست نشانگر ، چرخه را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Legends را پیدا کنید . از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
جریان محاسبه شده |
10 | در نوار ابزار دمای قهوه در مقابل زمان ، روی  Plot کلیک کنید . |
ضریب انتقال حرارت
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، ضریب انتقال حرارت را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن عنوان ، مقایسه ضریب انتقال حرارت را تایپ کنید . |
6 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
7 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، ضریب انتقال حرارت (W/(m^2*K)) را تایپ کنید . |
8 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Heat Transfer Coefficient کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Flask، Vertical Walls را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، ht.hf1.h را تایپ کنید . |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
8 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
تخمین زده شده، جریان محاسبه نشده است |
ضریب انتقال حرارت
در پنجره Model Builder ، روی Heat Transfer Coefficient کلیک کنید .
نمودار خط 2
1 | در نوار ابزار Heat Transfer Coefficient ، روی  Line Graph کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (3) (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب زمان ، آخرین را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، Flask، Vertical Walls را انتخاب کنید . |
6 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، abs(ht2.ntflux)/(T2-T_amb) را تایپ کنید . |
7 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
9 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
10 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
11 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
محاسبه شده، جریان محاسبه شده است |
ضریب انتقال حرارت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Heat Transfer Coefficient کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Heat Transfer Coefficient ، روی  Plot کلیک کنید . |
دستورالعمل مدلسازی هندسه
اگر می خواهید هندسه را خودتان ایجاد کنید، این مراحل را دنبال 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 |
ارتفاع | 380[mm] | 0.38 متر | ارتفاع فلاسک |
شعاع | 40[mm] | 0.04 متر | شعاع گلوگاه |
هندسه 1
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 1.04*radius را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.96*height را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 0*radius را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 0*height را تایپ کنید . |
چند ضلعی 1 (pol1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Polygon ، بخش Object Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ، منحنی باز را انتخاب کنید . |
4 | بخش مختصات را پیدا کنید . از فهرست منبع داده ، Vectors را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن r ، 0 1.5*radius 1.5*radius 1.5*radius را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 0 0 0 0.68*height را تایپ کنید . |
درجه دوم Bézier 1 (qb1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Quadratic Bézier را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Quadratic Bézier ، بخش Control Points را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، r را روی 1.5* شعاع تنظیم کنید . |
4 | در ردیف 2 ، r را روی 1.5* شعاع تنظیم کنید . |
5 | در ردیف 3 ، r را روی 1.04*radius تنظیم کنید . |
6 | در ردیف 1 ، z را روی 0.68* ارتفاع قرار دهید . |
7 | در ردیف 2 ، z را روی 0.751* ارتفاع قرار دهید . |
8 | در ردیف 3 ، z را روی 0.80* ارتفاع قرار دهید . |
Quadratic Bézier 2 (qb2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Quadratic Bézier را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Quadratic Bézier ، بخش Control Points را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، r را روی 1.04* شعاع تنظیم کنید . |
4 | در ردیف 2 ، r را روی 0.88*radius تنظیم کنید . |
5 | در ردیف 3 ، r را روی 0.66*radius تنظیم کنید . |
6 | در ردیف 1 ، z را روی 0.80* ارتفاع قرار دهید . |
7 | در ردیف 2 ، z را روی 0.82* ارتفاع قرار دهید . |
8 | در ردیف 3 ، z را روی 0.84* ارتفاع قرار دهید . |
چند ضلعی 2 (pol2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Polygon ، بخش Object Type را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ، منحنی باز را انتخاب کنید . |
4 | بخش مختصات را پیدا کنید . از فهرست منبع داده ، Vectors را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن r ، 0.66*radius 0.66*radius 0.66*radius 0.3*radius 0.3*radius 0.3*radius 0.3*radius 0.3*radius را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 0.84*قد 0.96*قد 0.96*قد 0.96*قد 0.96*قد 0.83*قد 0.83*قد 0.79*قد تایپ کنید . |
Quadratic Bézier 3 (qb3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Quadratic Bézier را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Quadratic Bézier ، بخش Control Points را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، r را روی 0.3*radius تنظیم کنید . |
4 | در ردیف 2 ، r را روی 0.56*radius قرار دهید . |
5 | در ردیف 3 ، r را روی 0.73*radius تنظیم کنید . |
6 | در ردیف 1 ، z را روی 0.79* ارتفاع قرار دهید . |
7 | در ردیف 2 ، z را روی 0.78* ارتفاع قرار دهید . |
8 | در ردیف 3 ، z را روی 0.75* ارتفاع قرار دهید . |
Quadratic Bezier 4 (qb4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Quadratic Bézier را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Quadratic Bézier ، بخش Control Points را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، r را روی 0.73* شعاع تنظیم کنید . |
4 | در ردیف 2 ، r را روی 0.93*radius تنظیم کنید . |
5 | در ردیف 3 ، r را روی 0.93*radius تنظیم کنید . |
6 | در ردیف 1 ، z را روی 0.75* ارتفاع قرار دهید . |
7 | در ردیف 2 ، z را روی 0.72* ارتفاع قرار دهید . |
8 | در ردیف 3 ، z را روی 0.68* ارتفاع قرار دهید . |
بخش خط 1 (ls1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Line Segment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بخش خط ، بخش Starting Point را پیدا کنید . |
3 | از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Starting Point را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 0.93*radius را تایپ کنید . |
6 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 0.93*radius را تایپ کنید . |
7 | قسمت Starting Point را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 0.68*height را تایپ کنید . |
8 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 0.12*height را تایپ کنید . |
Quadratic Bézier 5 (qb5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Quadratic Bézier را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Quadratic Bézier ، بخش Control Points را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، r را روی 0.93*radius تنظیم کنید . |
4 | در ردیف 2 ، r را روی 0.93*radius تنظیم کنید . |
5 | در ردیف 3 ، r را روی 0*radius قرار دهید . |
6 | در ردیف 1 ، z را روی 0.12* ارتفاع قرار دهید . |
7 | در ردیف 2 ، z را روی 0.036* ارتفاع قرار دهید . |
8 | در ردیف 3 ، z را روی 0.036* ارتفاع قرار دهید . |
بخش خط 2 (ls2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Line Segment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بخش خط ، بخش Starting Point را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Start vertex را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
4 | در شی pol1 ، فقط نقطه 1 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . زیربخش End vertex را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
6 | در شی qb5 فقط نقطه 2 را انتخاب کنید. |
7 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
تبدیل به جامد 1 (csol1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Conversions کلیک کنید و Convert to Solid را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء ls1 ، ls2 ، pol1 ، pol2 ، qb1 ، qb2 ، qb3 ، qb4 و qb5 را انتخاب کنید. |
تبدیل به جامد 2 (csol2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Conversions کلیک کنید و Convert to Solid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا هر دو شی انتخاب شوند. |
بخش خط 3 (ls3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Line Segment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بخش خط ، بخش Starting Point را پیدا کنید . |
3 | از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Starting Point را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 0*radius را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 0.83*height را تایپ کنید . |
7 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 0.3*radius را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن z ، 0.83*height را تایپ کنید . |
بخش خط 4 (ls4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  More Primitives کلیک کنید و Line Segment را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای بخش خط ، بخش Starting Point را پیدا کنید . |
3 | از لیست Specify ، Coordinates را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن r ، 0*radius را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z ، 0.75*height را تایپ کنید . |
6 | قسمت Endpoint را پیدا کنید . زیربخش End vertex را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
7 | در شی csol2 ، فقط نقطه 9 را انتخاب کنید. |
چند ضلعی 3 (pol3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Polygon کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، Vectors را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن r ، 0*radius 1.04*radius 1.04*radius 0*radius 0*radius را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z ، 0.96*قد 0.96*قد 0.99*قد 0.99*قد 0.96*ارتفاع را تایپ کنید . |
نادیده گرفتن لبه‌های 1 (ige1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و گزینه Ignore Edges را انتخاب کنید . |
2 | در باله شی ، فقط مرزهای 9 و 17 را انتخاب کنید. |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
