 |
دود از یک چوب بخور – تجسم انتقال آرام به آشفته در همرفت طبیعی
معرفی
این مثال جابجایی طبیعی هوا را در بالای یک چوب بخور در حال دود در نظر می گیرد. در واقعیت، این نوع جریان اغلب انتقالی از آرام به متلاطم را نشان می‌دهد، که به خوبی توسط دود تولید شده از سوزاندن آهسته بخور مشاهده می‌شود. هدف این مدل شبیه سازی این انتقال و نشان دادن آن با بازتولید شکل ستون دود است. برای اینکه بتواند انتقال به آشفتگی را به تصویر بکشد، این مدل از رابط جریان غیر گرمایی، LES RBVM استفاده می کند. برای تجسم جریان، از رابط ردیابی ذرات برای جریان سیال استفاده می شود.
توجه: این مدل هم به ماژول CFD و هم به ماژول ردیابی ذرات نیاز دارد.
تعریف مدل
دامنه جریان استوانه ای به قطر 40 سانتی متر و ارتفاع 185 سانتی متر است. در پایین استوانه یک نگهدارنده مستطیلی (20 در 5 در 1 سانتی متر) و یک عود (قطر 0.5 سانتی متر و طول 20 سانتی متر) قرار دارد. هندسه مدل شامل تعدادی حوزه استوانه ای است که امکان کنترل بهتر مش را فراهم می کند. برای نمایش گرافیکی هندسه به شکل 1 مراجعه کنید .
در ادبیات، اوج دما در مواد در حال دود شدن حدود 500-700 درجه سانتیگراد گزارش شده است (رجوع کنید به 1 ). در اینجا فرض می شود که نوک عود (طول 2 سانتی متر) دارای دمای متوسط 520 درجه سانتی گراد است. در یک محیط باز، فرآیند احتراق در و جریان هوا در اطراف چوب بخور تحت تأثیر تغییرات در ترکیب بخور، اجسام متحرک نزدیک، منابع گرمایی مجاور و غیره خواهد بود. برای بدست آوردن یک دود واقعی از شبیه سازی، (برخی از) این اختلالات باید در مدل گنجانده شوند. در مورد حاضر، با فرض نرخ سوزش غیر ثابت، که با نوسانات تصادفی دمای نوک مدل‌سازی می‌شود، یک شکل ستون واقعی‌تر ایجاد می‌شود:
(1)
در اینجا، تابع تصادفی دارای توزیع یکنواخت با میانگین 0 و محدوده 2 است. فاصله زمانی شبیه سازی شده 10 ثانیه است.
جریان غیر گرمایی، رابط LES RBVM تنظیم شده است تا جریان را تراکم ناپذیر تلقی کند و از تقریب Boussinesq برای محاسبه نیروهای شناوری برای همرفت طبیعی استفاده کند. چگالی و ویسکوزیته هوای جاری از مواد هوا از کتابخانه مواد COMSOL Multiphysics گرفته شده است. در ابتدا هوا در حالت استراحت است و دما برابر با دمای محیط 20 درجه سانتی گراد است.
ذرات دود به اندازه کافی کوچک و سبک فرض می شوند که تقریباً بلافاصله سرعت هوای اطراف را می گیرند. این بدان معنی است که اینرسی ذره را می توان نادیده گرفت و امکان فرمول بندی بدون جرم از دینامیک ذرات را فراهم می کند، که به نوبه خود به طور کلی اجازه می دهد تا مراحل زمانی بزرگ تری در حلگر وابسته به زمان انجام شود. ذرات هر 0.01 ثانیه در یک شبکه 11 در 11 روی یک تکه 1 سانتی متر مربعی که تقریباً 13 میلی متر بالای نوک چوب بخور قرار دارد، آزاد می شوند.
شکل 1: ارائه وایرفریم از هندسه کامل شامل حوزه های کنترل مش. چوب بخور و نگهدارنده با رنگ قرمز نشان داده شده است.
نتایج و بحث
در شکل 2 ، نمودارهای برش در صفحه xz با بزرگی سرعت به ترتیب برای t = 4 s، t = 6، t = 8 و t = 10 s نشان داده شده است. بزرگی سرعت درست بالای نوک چوب بخور با حداکثر مقدار تقریباً 0.7 متر بر ثانیه است. از این نمودارها به وضوح مشاهده می شود که جریان هوا در ابتدا آرام است که از چوب بخور بالا می رود و در فاصله 40 تا 50 سانتی متری بالای چوب به یک جریان متلاطم تبدیل می شود. با گذشت زمان، قسمت متلاطم جریان رشد می کند و به سمت بالا و پهلو گسترش می یابد.
.
شکل 2: نمودارها را در صفحه xz مرکزی از قدر سرعت برای t=4s (بالا سمت چپ)، t=6s (بالا سمت راست)، t=8s (پایین سمت چپ) و t=10s (پایین) برش دهید. درست).
در شکل 3 ، موقعیت ذرات در لحظات مختلف در زمان رسم شده است. نمودار، همانطور که انتظار می رود، همان الگوی نمودارهای سرعت را نشان می دهد: ابتدا، درست بالای نوک داغ، ذرات در خطوط کم و بیش مستقیم به سمت بالا حرکت می کنند و قسمت آرام جریان هوا را دنبال می کنند. سپس، در ارتفاع معینی بالای نوک چوب بخور، جریان ناپایدار می شود و به یک الگوی کمتر سازماندهی شده تبدیل می شود و ستون دود را به صورت افقی پخش می کند. ارتفاعی که در آن جریان ناپایدار می شود، در زمان کاملاً ثابت است.
.
شکل 3: شکل ستون دود که توسط موقعیت ذرات بعد از (از چپ به راست) t=2 s، t=4 s، t=6s، t=8s و t=10s به ترتیب مشاهده می شود.
ارجاع
1. G. Rein، “پدیده های احتراق سوختن در علم و فناوری”، Int. کشیش شیمی. مهندس ، جلد 1، صفحات 3-18، 2009.
مسیر کتابخانه برنامه: CFD_Module/Nonisothermal_Flow /incense_stick
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>Nonisothermal Flow>Large Eddy Simulation>LES RBVM را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Particle Tracing>Particle Tracing for Fluid Flow (fpt) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
7 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
8 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف
تصادفی 1 (rn1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Definitions کلیک راست کرده و Functions>Random را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای تصادفی ، بخش پارامترها را بیابید . |
4 | در قسمت متن Range ، 2 را تایپ کنید . |
5 | تیک Use random seed را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Random seed text 11301 را تایپ کنید . |
تحلیلی 1 (an1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Analytic را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تحلیل ، قسمت تعریف را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، rn1(floor(x)) را تایپ کنید . |
هندسه 1
حوزه محاسباتی در اصل یک استوانه است. با این حال، برای اینکه بتوان اندازه مش را در قسمت های مختلف دامنه کنترل کرد، هندسه به صورت تعدادی استوانه متحدالمرکز ساخته می شود که از نظر مکان و ارتفاع متفاوت است. این با چرخاندن یک هندسه صفحه، متشکل از مستطیل ها، حول محور z به دست می آید .
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست هواپیما ، xz-plane را انتخاب کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> هندسه صفحه
در پنجره Model Builder ، روی صفحه هندسه کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.4 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 1.85 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . تیک Layers را در سمت راست انتخاب کنید . |
6 | تیک Layers on bottom را پاک کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.12 |
لایه 2 | 0.08 |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.4 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 1.35 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.53 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن yw ، 0.12 را تایپ کنید . |
6 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.18 |
صفحه کار 1 (wp1)> مستطیل 4 (r4)
1 | در نوار ابزار Work Plane ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 1.73 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن yw ، 0.12 را تایپ کنید . |
6 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . تیک Layers را در سمت راست انتخاب کنید . |
7 | تیک Layers on bottom را پاک کنید . |
8 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.08 |
لایه 2 | 0.085 |
چرخش 1 (rev1)
در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Revolve را انتخاب کنید .
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 0.25e-2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -0.005 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، 0.145 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور ، دکارتی را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن x ، 1 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت متن z ، -1 را تایپ کنید . |
10 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . تیک Layers on bottom را انتخاب کنید . |
11 | تیک Layers on side را پاک کنید . |
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.02 |
بلوک 1 (blk1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، قسمت Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 0.2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن عمق ، 0.05 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، 0.01 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -0.05 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن y ، -0.025 را تایپ کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی rev1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط اشیاء blk1 و cyl1 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 نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
RBVM (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی LES RBVM (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای LES RBVM ، بخش Physical Model را پیدا کنید . |
3 | چک باکس Include gravity را انتخاب کنید . |
4 | کادر بررسی استفاده از فشار کاهش یافته را انتخاب کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 9، 10، 19، 20، 41، 42، 59، 60، 81، 82، 92، 97، 108، 117، 126، 137، 147، 156، 164، و 169 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن انتخاب نام ، Top را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
باز کردن مرز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Open Boundary را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1، 2، 5، 6، 88، 90، 170 و 171 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Open Boundary ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، Sides را در قسمت متن Selection name تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
انتقال حرارت در سیالات (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Transfer Heat in Fluids (ht) کلیک کنید .
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 83-87 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name ، Tip را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
8 | در قسمت متنی T 0 ، 293.15[K]+500[K]+50[K]*an1(t) را تایپ کنید . |
باز کردن مرز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Open Boundary را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Open Boundary ، قسمت Boundary Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Sides را انتخاب کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات خروجی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، بالا را انتخاب کنید . |
ردیابی ذرات برای جریان سیال (FPT)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Particle Tracing for Fluid Flow (fpt) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ردیابی ذرات برای جریان سیال ، بخش انتشار و انتشار ذرات را پیدا کنید . |
3 | از لیست Formulation ، Massless را انتخاب کنید . |
دیوار 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Particle Tracing for Fluid Flow (fpt) روی Wall 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دیوار ، قسمت وضعیت دیوار را پیدا کنید . |
3 | از لیست شرایط دیوار ، ناپدید شدن را انتخاب کنید . |
خواص ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Properties 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Particle Properties ، قسمت Particle Properties را پیدا کنید . |
3 | بردار v را به صورت مشخص کنید |
تو | ایکس |
v | y |
w | z |
انتشار از گرید 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Global کلیک کنید و Release from Grid را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتشار از شبکه ، بخش زمان انتشار را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن زمان انتشار ، range(0,0.01,10) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Initial Coordinates را پیدا کنید . در قسمت متن q x، 0 محدوده (-0.005,0.001,0.005) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن q y، 0 محدوده (-0.005,0.001,0.005) را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن q z، 0 ، 0.16 را تایپ کنید . |
چند فیزیک
جریان غیر گرمایی 1 (nitf1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Multiphysics روی جریان غیر گرمایی 1 (nitf1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان غیر گرمایی ، قسمت Material Properties را پیدا کنید . |
3 | تیک Boussinesq approximation را انتخاب کنید . |
مش 1
توری را طوری تنظیم کنید که در قسمتی بالاتر از نوک چوب بخور به بهترین شکل باشد و به سمت بالا کشیده شود. این منطقه ای است که انتظار می رود جریان از آرام به متلاطم توسعه یابد و در آن به سرعت دقیق هوا نیاز است. در قسمت‌های باقی‌مانده هندسه، می‌توان از یک توری بسیار ریز برای افزایش کارایی استفاده کرد.
چهار وجهی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Tetrahedral کلیک کنید .
Free Tetrahedral کلیک کنید .اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت متنی حداقل اندازه عنصر ، 0.002 را تایپ کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 4، 8، 9 و 11-17 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب 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 از پیش تعریف شده ، Extra fine را انتخاب کنید . |
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Mapped را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 9، 10، 92 و 169 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط لبه 9 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of elements ، 1 را تایپ کنید . |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
جارو 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Swept 2 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Number of Elements عدد 20 را تایپ کنید . |
رایگان چهار وجهی 2
در نوار ابزار Mesh ، روی Free Tetrahedral کلیک کنید .
Free Tetrahedral 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 | فقط مرزهای 83–87 و 172–179 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت لایه ها را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Number of layers عدد 2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی ضریب تنظیم ضخامت ، 5 را تایپ کنید . |
6 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
LES به وضوح مناسب مقیاس زمانی همرفتی نیاز دارد. این یک محدودیت در مراحل زمانی انجام شده توسط حل کننده ایجاد می کند: Δ t < h / (2 U ) ، که در آن Δt گام زمانی، h اندازه مش در جهت خط جریان، و U بزرگی سرعت است. دستورالعمل‌های زیر به منظور نشان دادن h در بخش مهم حوزه است، یعنی در ناحیه‌ای که انتظار می‌رود سرعت هوا بالاترین باشد و انتقال از جریان آرام به جریان آشفته در آن صورت می‌گیرد.
نتایج
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results را گسترش دهید . |
2 | روی Results>Datasets کلیک راست کرده و Mesh را انتخاب کنید . |
حداقل حجم 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Derived Values کلیک کنید و Minimum>Volume Minimum را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 8، 11، 12، 15 و 16 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای حداقل حجم ، قسمت عبارات را پیدا کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ساعت | متر | اندازه عنصر |
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
حداقل اندازه مش ارزیابی شده باید تقریباً برابر با 0.0065 متر باشد. علاوه بر این، حداکثر سرعت هوا در حدود 0.6 تا 0.7 متر بر ثانیه پیش بینی می شود. بنابراین، اندازه گام زمانی معقول برای LES 0.005 ثانیه است. شبیه سازی بر دو مطالعه تقسیم شده است. مطالعه اول میدان های جریان و دما را محاسبه می کند و مطالعه دوم مسیر ذرات را محاسبه می کند. از آنجایی که انتظار می‌رود ردیابی ذرات گام‌های زمانی با همان مرتبه بزرگی را طی کند، حل‌کننده در اولین مطالعه برای جریان تنظیم شده است که میدان سرعت را هر 0.005 ثانیه ذخیره کند، و گام‌های برداشته‌شده توسط حل‌کننده به شدت تنظیم شده است. اطمینان حاصل کنید که حداکثر گام زمانی نیز 0.005 ثانیه است. ذخیره سازی راه حل برای این چند مرحله زمان، فضای دیسک زیادی را می طلبد. از آنجایی که ردیابی ذرات فقط به سرعت هوا به عنوان ورودی نیاز دارد، فضای دیسک مورد نیاز را می توان تنها با ذخیره کردن سرعت هوا کاهش داد، بنابراین میدان های فشار و دما ذخیره نمی شوند. دستورالعمل های زیر حل کننده را در اولین مطالعه با توجه به این ملاحظات تنظیم می کند.
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 | در قسمت متن زمان خروجی ، range(0,0.005,10) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول، کادر حل برای ردیابی ذرات برای جریان سیال (fpt) را پاک کنید . |
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 ، گره Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 1 را گسترش دهید ، سپس روی Pressure (comp1.p) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
5 | چک باکس Store in output را پاک کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)> Dependent Variables 1 روی موقعیت ذرات (comp1.qfpt) کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
8 | چک باکس Store in output را پاک کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Dependent Variables 1 روی Temperature (comp1.T) کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
11 | چک باکس Store in output را پاک کنید . |
12 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1) روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
13 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، برای گسترش بخش Time Steping کلیک کنید . |
14 | از لیست مراحل انجام شده توسط حل کننده ، Strict را انتخاب کنید . |
15 | کادر مرحله اولیه را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.0001 را تایپ کنید . |
برای کاهش بیشتر فضای دیسک مورد نیاز، به حل کننده دستور دهید نیروهای واکنش و مشتقات زمانی را ذخیره نکند.
16 | برای گسترش بخش Output کلیک کنید . کادر بررسی نیروهای واکنش فروشگاه را پاک کنید . |
17 | کادر بررسی مشتقات زمان فروشگاه را پاک کنید . |
18 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
دستورالعمل های زیر مطالعه دوم را برای ردیابی ذرات اضافه می کند. این مطالعه از نتایج ذخیره شده مطالعه اول استفاده می کند. فقط موقعیت ذرات ذخیره می شود و برای اینکه بتوان انیمیشنی از ستون دود با 25 فریم بر ثانیه تولید کرد، هر 0.04 ثانیه ذخیره می شود.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار مطالعه ، 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 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | در قسمت متن زمان خروجی ، range(0,0.04,10) را تایپ کنید . |
3 | قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل برای LES RBVM ( spf) و Heat Transfer in Fluids (ht) را پاک کنید . |
4 | در جدول، کادر حل برای جریان غیر گرمایی 1 (nitf1) را پاک کنید . |
5 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
6 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
7 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1، وابسته به زمان را انتخاب کنید . |
8 | از لیست زمان (ها) ، خودکار (همه راه حل ها) را انتخاب 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 . |
3 | در پنجره Model Builder ، گره Study 2> Solver Configurations> Solution 2 (sol2)> Dependent Variables 1 را گسترش دهید ، سپس روی Pressure (comp1.p) کلیک کنید . |
4 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
5 | چک باکس Store in output را پاک کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 2>Solver Configurations>Solution 2 (sol2)>Dependent Variables 1 روی Temperature (comp1.T) کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات فیلد ، بخش عمومی را بیابید . |
8 | چک باکس Store in output را پاک کنید . |
9 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 2>Solver Configurations>Solution 2 (sol2) روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
10 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، بخش خروجی را پیدا کنید . |
11 | کادر بررسی نیروهای واکنش فروشگاه را پاک کنید . |
12 | کادر بررسی مشتقات زمان فروشگاه را پاک کنید . |
13 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اکنون که موقعیت ذرات محاسبه شده است، می توانید به صورت اختیاری نتایج اولین مطالعه را به منظور کاهش استفاده از دیسک کنار بگذارید. میدان های سرعت هوای ذخیره شده محاسبه شده در مطالعه اول چندین گیگابایت فضای دیسک را اشغال می کنند. توجه داشته باشید که فیلد سرعت همچنان در محلول مطالعه دوم ذخیره می‌شود، زیرا کادر بررسی Store in output برای این فیلد پاک نشده است. با این حال، مطالعه دوم تنها محلول را هر 0.04 ثانیه به جای هر 0.005 ثانیه ذخیره می کند. دستورالعمل بعدی راه حل اولین مطالعه را از مدل حذف می کند.
مطالعه 1
1 |  روی Clear Solutions کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
3 | برای تایید روی Yes کلیک کنید . |
دستورالعمل های زیر شکل های نشان داده شده در بخش نتایج و بحث را بازتولید می کند .
نتایج
سرعت (spf)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Velocity (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2/راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
تکه
1 | در پنجره Model Builder ، گره Velocity (spf) را گسترش دهید ، سپس بر روی Slice کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Slice ، بخش Plane Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Plane ، zx-planes را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Planes ، 1 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Aurora>AuroraAustralisDark را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
4 | از لیست رنگ ، سفارشی را انتخاب کنید . |
5 | در ویندوز، روی نوار رنگی زیر کلیک کنید، یا – اگر از دسکتاپ چند پلتفرمی استفاده می کنید – روی دکمه Color کلیک کنید. |
6 | روی تعریف رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
7 | مقادیر RGB را به ترتیب 196، 106 و 72 قرار دهید. |
8 | روی افزودن به رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
9 | روی نمایش تنها پالت رنگ یا تأیید در دسکتاپ چند پلتفرمی کلیک کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 61–64، 189 و 190 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name holder را تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity (spf) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
4 | از لیست رنگ ، خاکستری را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 2 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 83–87 و 172–179 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، چوب بخور را در قسمت متن Selection name تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Go to XZ View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
سرعت (spf)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Velocity (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
4 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست زمان (ها) ، 4 را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Velocity (spf) ، روی  Plot کلیک کنید . |
این اولین نمودار برش در شکل 2 را بازتولید می کند . زمان های متفاوتی را برای بازتولید طرح های دیگر انتخاب کنید. دستورالعمل های زیر شکل 3 را بازتولید می کنند .
گروه طرح سه بعدی 7
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Particle 1 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 2 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
6 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
7 | برای گسترش بخش Plot Array کلیک کنید . تیک گزینه Enable را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متنی Relative padding 0 را تایپ کنید . |
مسیر ذرات 1
1 | در نوار ابزار 3D Plot Group 7 ، روی  More Plots کلیک کنید و مسیر ذرات را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مسیر ذرات ، بخش رنگ‌آمیزی و سبک را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Type ، None را انتخاب کنید . |
4 | زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، نقطه را انتخاب کنید . |
5 | چک باکس Radius scale factor را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 2 را تایپ کنید . |
6 | از لیست رنگ ، خاکستری را انتخاب کنید . |
شفافیت 1
1 | روی Particle Trajectories 1 کلیک راست کرده و Transparency را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شفافیت ، بخش شفافیت را پیدا کنید . |
3 | مقدار Transparency را روی 0.8 قرار دهید . |
4 | در نوار ابزار پنجره Graphics ،  در کنار  Scene Light کلیک کنید ، سپس Ambient Occlusion را انتخاب کنید . |
5 |  روی دکمه Show Grid در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
6 |  روی دکمه Show Axis Orientation در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
مسیر ذرات 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>3D Plot Group 7 روی Particle Trajectories 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مسیر ذرات ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Particle 1 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 4 را انتخاب کنید . |
تکثیر گره های Surface را تکرار کنید و زمان ها را برای رسم موقعیت ذرات در t = 2 s، t = s، t = 6 s، t = 8 s و t = 10 s، مانند شکل 3 تنظیم کنید .
مسیر ذرات (fpt)
آخرین مراحل دستورالعمل ها طرحی را ایجاد می کند که به عنوان تصویر کوچک مدل استفاده می شود.
در پنجره Model Builder ، گره Results>Particle Trajectories (fpt) را گسترش دهید .
مسیر ذرات (fpt)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Particle Trajectories (fpt)> Particle Trajectories 1 را گسترش دهید ، سپس روی Results>Particle Trajectories (fpt) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
بیان رنگ 1
در پنجره Model Builder ، در Results>Particle Trajectories (fpt)>Particle Trajectories 1 روی Color Expression 1 کلیک راست کرده و Disable را انتخاب کنید .
مسیر ذرات 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Trajectories 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مسیر ذرات ، بخش رنگ‌آمیزی و سبک را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، خاکستری را انتخاب کنید . |
شفافیت 1
1 | روی Particle Trajectories 1 کلیک راست کرده و Transparency را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شفافیت ، بخش شفافیت را پیدا کنید . |
3 | مقدار Transparency را روی 0.8 قرار دهید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Trajectories (fpt) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
5 | از لیست رنگ ، سفارشی را انتخاب کنید . |
6 | در ویندوز، روی نوار رنگی زیر کلیک کنید، یا – اگر از دسکتاپ چند پلتفرمی استفاده می کنید – روی دکمه Color کلیک کنید. |
7 | روی تعریف رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
8 | مقادیر RGB را به ترتیب 196، 106 و 72 قرار دهید. |
9 | روی افزودن به رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
10 | روی نمایش تنها پالت رنگ یا تأیید در دسکتاپ چند پلتفرمی کلیک کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دارنده را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Particle Trajectories (fpt) کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سرفیس ، قسمت عنوان را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع عنوان ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Coloring ، Uniform را انتخاب کنید . |
5 | از لیست رنگ ، خاکستری را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 2 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، چوب بخور را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار مسیر ذرات (fpt) ، روی  Plot کلیک کنید . |
برای استفاده از این طرح برای ساخت یک انیمیشن به صورت زیر عمل کنید:
انیمیشن 1
1 | در نوار ابزار Particle Trajectories (fpt) ، روی  انیمیشن کلیک کنید و File را انتخاب کنید . |
سپس برای اطمینان از استفاده از تمام راه حل های ذخیره شده و پخش انیمیشن با سرعت صحیح، قبل از صادرات انیمیشن در فرمت مورد نظر، موارد زیر را انجام دهید:
2 | در پنجره تنظیمات برای انیمیشن ، بخش خروجی را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فریم در ثانیه ، 25 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Frames را پیدا کنید . از فهرست انتخاب فریم ، همه را انتخاب کنید . |
