هندسه اصلاح کننده بخار

View Categories

هندسه اصلاح کننده بخار

13 min read

PDF

هندسه اصلاح کننده بخار
معرفی
انتخاب‌های نام‌گذاری شده در COMSOL Multiphysics موجودیت‌های هندسی را جمع‌آوری می‌کنند تا به راحتی بتوان از آن‌ها برای هر تعداد از تعاریف مدل دوباره استفاده کرد، و بنابراین ابزار مفیدی برای تنظیم شبیه‌سازی کارآمد است.
انواع انتخاب‌هایی که در دسترس هستند شامل ویژگی‌های انتخاب صریح هستند که در آن می‌توانید اشیاء هندسی یا موجودیت‌های هندسی را جمع‌آوری کنید، مثلاً مرزها و لبه‌ها. همچنین می‌توانید انتخاب‌های مبتنی بر مختصات را برای ترکیب موجودیت‌های محصور شده توسط بخشی از هندسه که با حجم، مساحت یا فاصله مشخص شده در انتخاب مشخص شده است ایجاد کنید. می‌توانید هر دو نوع انتخاب را در زیرگره‌های تعاریف یا هندسه یک گره مؤلفه در یک مدل تنظیم کنید.
علاوه بر ویژگی‌های انتخابی که می‌توانید به درخت مدل اضافه کنید، می‌توانید ویژگی‌ها را در زیر یک گره هندسه (یعنی عملیات در دنباله هندسه) پیکربندی کنید تا به طور خودکار انتخاب‌هایی ایجاد کنید که حاوی موجودیت‌های حاصل از عملیات هستند. عملیات هندسه همچنین می‌تواند به انتخاب‌های تجمعی کمک کند که برای طراحی‌های پیچیده‌تر مفید هستند، جایی که ممکن است تعاریف کاملاً متفاوتی از انتخاب‌ها در شاخه‌های مختلف مورد نیاز باشد، که توسط گره‌های If از دنباله هندسه کنترل می‌شوند.
انواع دیگر انتخاب عبارتند از انتخاب موجودیت های هندسی مجاور و انتخاب های بولی، از جمله انتخاب های اتحاد، تقاطع، تفاوت و مکمل، که می تواند برای ترکیب هر انتخاب قبلی تعریف شده استفاده شود و انعطاف پذیری بیشتری را هنگام تنظیم یک مدل به شما بدهد.
انتخاب‌هایی که در زیر گره تعاریف اضافه می‌شوند می‌توانند شامل موجودیت‌های هندسی باشند که در هندسه نهایی وجود دارند که تنظیمات فیزیک را بر اساس آن تعریف می‌کنید. می‌توانید از این انتخاب‌ها، به عنوان مثال، برای تکالیف مواد و فیزیک، هنگام ایجاد مش یا هنگام ایجاد نماها برای نمودارهای نتایج استفاده کنید. انتخاب هایی که در داخل دنباله هندسه ایجاد می کنید، علاوه بر این، می توانند به عنوان ورودی برای مشخص کردن گره های پایین دست انتخاب در دنباله استفاده شوند. بنابراین، انتخاب ها در دنباله هندسه شامل اشیاء و موجودیت هایی هستند که در وضعیت ساخت فعلی هندسه وجود دارند. زمانی که می‌خواهید طراحی‌های قوی و پارامتری شده را در مواردی که تغییر مقادیر پارامتر منجر به تغییرات قابل‌توجهی در توپولوژی می‌شود، کمک می‌کنند.
در این آموزش شما از انتخاب هایی برای ایجاد هندسه پارامتری برای تجزیه و تحلیل یک اصلاح کننده بخار استفاده می کنید و انتخاب های مورد نیاز برای تعاریف فیزیک را تنظیم می کنید. تجزیه و تحلیل چندفیزیکی اصلاح کننده بخار در مدل Steam Reformer موجود در کتابخانه کاربردی ماژول مهندسی واکنش شیمیایی توضیح داده شده است.
تعریف مدل
هندسه ای که یک چهارم ریفرمر بخار را نشان می دهد در شکل 1 نشان داده شده است . برای هر یک از مناطق نشان داده شده در شکل، انتخاب هایی را تنظیم می کنیم که شامل حوزه های مربوطه در هندسه است. ما همچنین انتخاب مرزها را برای ورودی ها و خروجی ها، مرزهای تقارن و واسط های بین دامنه ها تعریف خواهیم کرد.
شکل 1: Steam Reformer، یک چهارم.
برای ایجاد هندسه، با رسم مقطع بر روی صفحه کار شروع می کنید. شکل 2 را ببینید ، که در آن تعداد لوله های گرمایش پارامتر شده است.
شکل 2: سطح مقطع ریفرمر بخار. تعداد لوله های گرمایش را می توان با یک پارامتر تغییر داد.
پس از دنبال کردن این آموزش، شما قادر خواهید بود:
انتخاب شیء نتیجه را ایجاد کنید
از انتخاب ها به عنوان ورودی برای ویژگی های هندسی استفاده کنید
انتخاب های مجاور ایجاد کنید
انتخاب ها را با انتخاب های بولی ترکیب کنید، مانند
انتخاب تقاطع
انتخاب تفاوت
یک هندسه پارامتری تنظیم کنید که در آن هنگام تغییر توپولوژی، انتخاب ها به طور خودکار حفظ شوند
این مثال فقط فرآیند ایجاد دنباله هندسی را توصیف می کند. برای تنظیم فیزیک، دستورالعمل‌های مدل Steam Reformer را در کتابخانه کاربردی ماژول مهندسی واکنش شیمیایی دنبال کنید.
مسیر کتابخانه برنامه: COMSOL_Multiphysics/Geometry_Tutorials/steam_reformer_geometry
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی  Blank  Model 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
L
0.15[m]
0.15 متر
طول تخت
جونیور
33[mm]
0.033 متر
شعاع ژاکت
br
30[mm]
0.03 متر
شعاع تخت
tr
4[mm]
0.004 متر
شعاع لوله
nt
8
8
تعداد لوله ها باید مضرب چهار باشد
pt
20[mm]
0.02 متر
شعاع مراکز لوله ها
افزودن کامپوننت
در نوار ابزار Home ، روی  Add  Component کلیک کنید و 3D را انتخاب کنید .
هندسه 1
با رسم مقطع هندسه روی صفحه کار شروع کنید .
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 ، yz-plane را انتخاب کنید .
4
 روی Show  Work  Plane کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> دایره 1 (c1)
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه  و  شکل را پیدا کنید .
3
در قسمت متن Radius ، jr را تایپ کنید .
4
در قسمت متنی Sector  angle عدد 90 را تایپ کنید .
5
برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
نام لایه
ضخامت (متر)
لایه 1
jr-br
6
 روی Build  Selected کلیک کنید .
7
 روی دکمه Zoom  Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
خروجی لوله ها
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Circle کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات دایره ، Tubes Outlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Size  and  Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، tr را تایپ کنید .
4
قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن yw ، pt را تایپ کنید .
5
قسمت Selections  of  Resulting  Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting  objects  selection را انتخاب کنید .
6
از فهرست نمایش  در  سه بعدی ، همه  سطوح را انتخاب کنید .
اکنون از Rotate برای ایجاد یک آرایه دایره ای از لوله های گرمایش استفاده کنید.
صفحه کار 1 (wp1)> چرخش 1 (rot1)
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Transforms کلیک کنید و Rotate را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای چرخش ، بخش ورودی را پیدا کنید .
3
از فهرست اشیاء ورودی  ، لوله خروجی را انتخاب کنید .
عملگر محدوده تعریف چرخش را آسان می کند. در این حالت زاویه بین لوله های گرمایش 360/nt  [درجه] است و ما باید یک چهارم هندسه را ایجاد کنیم.
4
قسمت Rotation را پیدا کنید . در قسمت Angle text -range(0,360/nt,360/4) را تایپ کنید .
5
 روی Build  Selected کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)> اتحادیه 1 (uni1)
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Booleans  and  Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Union ، بخش Union را پیدا کنید .
3
از فهرست اشیاء ورودی  ، لوله خروجی را انتخاب کنید .
4
 روی Build  Selected کلیک کنید .
اکنون می توانید به حذف تمام بخش های دایره ای بیرون زده از لوله گرمایش ادامه دهید، سپس به اکسترود کردن هندسه ادامه دهید.
به جای انجام چندین عملیات Boolean، از Compose برای ترکیب Union و Intersection در یک ویژگی استفاده کنید.
صفحه کار 1 (wp1)>نوشتن 1 (co1)
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Booleans  and  Partitions کلیک کنید و Compose را انتخاب کنید .
2
 روی دکمه Select  All در نوار ابزار Graphics کلیک کنید .
3
در پنجره تنظیمات برای نوشتن ، بخش نوشتن را پیدا کنید .
4
در قسمت متن فرمول تنظیم  ، c1+c1*uni1 را تایپ کنید .
5
 روی Build  Selected کلیک کنید .
دامنه ورودی تخت را تعریف کنید . در مجاورت لوله های گرمایشی قرار دارد.
ورودی تخت
1
در نوار ابزار Work Plane ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Adjacent  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره Settings for Adjacent  Selection ، بخش Input  Entities را پیدا کنید .
3
 روی افزودن کلیک کنید .
4
در کادر محاوره ای افزودن ، لوله  خروجی را در لیست انتخاب های ورودی  انتخاب کنید .
5
روی OK کلیک کنید .
6
در پنجره تنظیمات برای انتخاب مجاور  ، بخش Entities خروجی را پیدا کنید .
7
از لیست سطح نهاد هندسی  ، دامنه‌های مجاور را انتخاب کنید .
8
در قسمت نوشتار برچسب ، ورودی تخت را تایپ کنید .
9
 روی Build  Selected کلیک کنید .
صفحه کار 1 (wp1)
1
در پنجره Model  Builder ، در قسمت Component   (comp1)>Geometry  1 روی Work  Plane   (wp1) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای صفحه کار  ، بخش Unite Objects را پیدا کنید .
3
چک باکس Unite  objects را پاک کنید .
4
قسمت Selections  of  Resulting  Entities را پیدا کنید . انتخاب ها  از زیربخش  هندسه صفحه  را بیابید . برای در دسترس قرار دادن گزینه‌ها در خارج از صفحه کار 1 ، کادر نمایش در فیزیک را انتخاب کنید
5
قسمت Assigned  Attributes را پیدا کنید . تیک Construction  geometry را انتخاب کنید .
6
 روی Build  Selected کلیک کنید .
چهره ها را از صفحه کار بیرون بیاورید . وقتی از گزینه Resulting  object  selections برای عملیاتاستفاده می کنید، برچسب اکستروژن به نام انتخاب خروجی تبدیل می شود
ژاکت
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Extrude ، عبارت Jacket را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت General را پیدا کنید . از لیست Extrude  from ، Faces را انتخاب کنید .
4
در شیء wp1 ، فقط مرز 3 را انتخاب کنید.
5
از فهرست مدیریت شی ورودی  ، Keep را انتخاب کنید . 
6
بخش فاصله ها را بیابید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
فواصل (متر)
L
7
قسمت Selections  of  Resulting  Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting  objects  selection را انتخاب کنید .
8
از فهرست نمایش  در  فیزیک ، همه  سطوح را انتخاب کنید .
9
 روی Build  Selected کلیک کنید .
تخت کاتالیزوری
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Extrude ، در قسمت نوشتار Label، Catalytic Bed را تایپ کنید .
3
قسمت General را پیدا کنید . از لیست Extrude  from ، Faces را انتخاب کنید .
4
از لیست چهره های ورودی  ، ورودی تخت صفحه کاری 1) را انتخاب کنید .
5
از فهرست مدیریت شی ورودی  ، Keep را انتخاب کنید . 
6
بخش فاصله ها را بیابید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
فواصل (متر)
L
7
قسمت Selections  of  Resulting  Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting  objects  selection را انتخاب کنید .
8
از فهرست نمایش  در  فیزیک ، همه  سطوح را انتخاب کنید .
9
 روی Build  Selected کلیک کنید .
لوله های گرمایشی
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Extrude کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای Extrude ، Heating Tubes را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت General را پیدا کنید . از لیست Extrude  from ، Faces را انتخاب کنید .
4
از لیست چهره های ورودی ،  خروجی لوله ها صفحه کار 1) را انتخاب کنید .
5
از فهرست مدیریت شی ورودی  ، Keep را انتخاب کنید . 
6
بخش فاصله ها را بیابید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید:
 
فواصل (متر)
L
7
قسمت Selections  of  Resulting  Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting  objects  selection را انتخاب کنید .
8
از فهرست نمایش  در  فیزیک ، همه  سطوح را انتخاب کنید .
9
 روی Build  Selected کلیک کنید .
فرم اتحادیه (فین)
1
در پنجره Model  Builder ، روی Form  Union  (fin) کلیک کنید .
2
در پنجره تنظیمات Form  Union/Assembly ، روی  Build  Selected کلیک کنید .
3
 روی دکمه Wireframe  Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید تا دید کلی بهتری از موجودیت های داخلی داشته باشید.
هندسه ریفرمر بخار اکنون کامل شده است. در ادامه از عملیات انتخاب برای تولید انتخاب هایی استفاده خواهیم کرد که می توانید برای تنظیم شبیه سازی از آنها استفاده کنید. تکنیک برای تعریف انتخاب‌هایی که در زیر نشان داده شده است، به‌ویژه برای هندسه‌های پیچیده‌تر مفید است، جایی که در مقایسه با کار خسته‌کننده انتخاب دستی بسیاری از موجودات هندسی می‌تواند بسیار کارآمدتر باشد. همچنین هنگام اجرای جاروهای پارامتریک هندسی که توپولوژی را تغییر می‌دهند، قوی‌تر باشد، برای مثال اگر بخواهید تغییر تعداد لوله‌های گرمایش در هندسه را بررسی کنید.
تخت/ژاکت
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Intersection  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تقاطع  ، Bed/Jacket را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تقاطع ، ژاکت و تخت کاتالیزوری  را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
لوله / تخت
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Intersection  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تقاطع  ، Tubes/Bed را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تقاطع ، تخت کاتالیزوری  و لوله‌های گرمایشی را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
انتخاب سیلندر 1 (cylsel1)
1
در نوار ابزار هندسه ، روی  Selections کلیک کنید و انتخاب سیلندر  را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات مربوط به انتخاب سیلندر  ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید .
3
از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Size  and  Shape را پیدا کنید . در قسمت متنی شعاع بیرونی ،  inf را تایپ کنید .
5
در قسمت متن زاویه شروع ،  180 را تایپ کنید .
6
در قسمت نوشتار زاویه پایان ،  90 را تایپ کنید .
7
قسمت Axis را پیدا کنید . از لیست نوع محور  ، x-axis را انتخاب کنید .
8
قسمت Output  Entities را پیدا کنید . از لیست Include  entity  if ، Entity  inside  cylinder را انتخاب کنید .
تقارن ژاکت
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Intersection  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تقاطع  ، در قسمت نوشتار Label ، Jacket Symmetry را تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تقاطع ، انتخاب ژاکت و انتخاب سیلندر  1 را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
تقارن لوله ها
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Intersection  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تقاطع  ، در قسمت نوشتار Label ، Tubes Symmetry را تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تقاطع ، لوله‌های گرمایش  و انتخاب سیلندر 1 را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
تقارن تخت
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و گزینه Intersection  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تقاطع  ، Bed Symmetry را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تقاطع ، تخت کاتالیزوری  و انتخاب سیلندر 1 را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
ورودی و خروجی
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Difference  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تفاوت  ، ورودی و خروجی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، تخت کاتالیزوری  و لوله‌های گرمایشی را انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
7
در پنجره Settings for Difference  Selection ، بخش Input  Entities را پیدا کنید .
8
 روی افزودن کلیک کنید .
9
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق ، تخت/ژاکت ، لوله/تخت ، تقارن لوله‌ها  و تقارن تخت را انتخاب کنید .
10
روی OK کلیک کنید .
ورودی لوله ها
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Difference  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تفاوت  ، Tubes Inlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، ورودی‌ها  و  خروجی‌ها را در فهرست انتخاب‌ها  برای  افزودن انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
7
در پنجره Settings for Difference  Selection ، بخش Input  Entities را پیدا کنید .
8
 روی افزودن کلیک کنید .
9
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق ، خروجی لوله‌ها  صفحه کار 1) و تخت کاتالیزوری را انتخاب کنید .
10
روی OK کلیک کنید .
خروجی تخت
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Difference  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب تفاوت  ، خروجی تخت را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید .
3
قسمت Geometric  Entity  Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید .
4
قسمت Input  Entities را پیدا کنید .  روی افزودن کلیک کنید .
5
در کادر محاوره‌ای افزودن ، ورودی‌ها  و  خروجی‌ها را در فهرست انتخاب‌ها  برای  افزودن انتخاب کنید .
6
روی OK کلیک کنید .
7
در پنجره Settings for Difference  Selection ، بخش Input  Entities را پیدا کنید .
8
 روی افزودن کلیک کنید .
9
در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق ، ورودی تخت  صفحه کار 1) و لوله‌های گرمایشی را انتخاب کنید .
10
روی OK کلیک کنید .
ژاکت / محیط
1
در نوار ابزار Geometry ، روی  Selections کلیک کنید و Explicit  Selection را انتخاب کنید .
2
در پنجره تنظیمات برای انتخاب صریح  ، Jacket/Ambient را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید .
3
قسمت Entities  to  Select را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی  ، Boundary را انتخاب کنید .
4
در باله شی ، فقط مرز 12 را انتخاب کنید.