 |
معرفی
این مدل آموزشی با مهربانی توسط Riccardo Vietri، James Ransley و Andrew Spann در Veryst Engineering، LLC ارائه شده است. میکروپمپ های پیزوالکتریک به دلیل توانایی آنها در کنترل دقیق اندازه گیری حجم بسیار کمی از سیالات یا گازها، اغلب در کاربردهای پزشکی استفاده می شوند. این مثال نحوه شبیه‌سازی یک میکروپمپ ساده و بدون تشدید را نشان می‌دهد که برای کاربردهای با دبی کم مناسب است. این مدل ترکیبی از مواد پیزوالکتریک را با یک برهمکنش سیال-ساختار نشان می‌دهد، و همچنین استفاده از یک فرمول ساده وابسته به سرعت را برای توضیح حضور دریچه‌ها در مرزهای ورودی و خروجی نشان می‌دهد.
تعریف مدل
هندسه مدل شامل یک محرک پیزوالکتریک حلقوی در بالای حوزه سیال است که به یک غشای انعطاف پذیر متصل است (در شکل 1 مشخص شده است ). به دلیل تقارن فیزیک، فقط نیمی از هندسه باید گنجانده شود. سیال با اعمال ولتاژ خارج می شود و محرک منبسط می شود. محیط غشا با حرکت محرک ثابت می شود و نیرویی به سیال زیر آن وارد می کند و سیال را از سمت چپ به داخل می کشد و سیال را از کانال سمت راست بیرون می راند.
شکل 1: هندسه میکروپمپ پیزوالکتریک. غشاء برجسته شده است.
در یک میکروپمپ واقعی، یک محرک پیزوالکتریک انباشته با بسیاری از لایه‌های پیزوالکتریک جداگانه و تماس‌های الکتریکی استفاده می‌شود. برای اهداف این مدل، از سختی لایه های فلزی نازک غفلت کنید و محرک را به عنوان یک بلوک یکپارچه از پیزوالکتریک مدل کنید. در نتیجه، اختلاف پتانسیل بالای 1500 ولت را در کل پیزوالکتریک اعمال کنید. این مربوط به میدان الکتریکی 0.2 V/μm است. ولتاژ مورد نیاز در یک دستگاه واقعی به ضخامت هر لایه در محرک انباشته بستگی دارد.
ورودی و خروجی با استفاده از شیرهای چک برای اطمینان از جریان یک طرفه کار می کنند. در این مدل، شیر با یک شرایط مرزی ساده بر اساس تلفات لوله‌کشی ضریب K نشان داده می‌شود، که در آن تلفات زمانی که در برابر شیر جریان می‌یابد و هنگام جریان در جهت عملکرد پایین است. فشار برگشتی حاصل از شیر با معادله زیر نشان داده می شود:
(1)
که در آن u av میانگین سرعت سیال نرمال به مرز است، ρ چگالی سیال است و A یک ثابت بدون بعد است که بسته به علامت u av مقدار تغییر می کند.. فشار برگشتی به عنوان یک تنش معمولی در انتهای یک طول کوتاه لوله اعمال می شود – که تضمین می کند که جریان سیال در حوزه، با وجود این شرایط مرزی تقریبی، واقعی است. این شرط مرزی را می توان برای نشان دادن یک شیر یا دیود ساده سیال به کار برد. ثابت های استفاده شده برای مرز خروجی با توجه به موارد استفاده شده در ورودی معکوس می شوند و جهت گیری متفاوتی از یک شیر مشابه را نشان می دهند. این جریان را از طریق پمپ در جهت مورد نظر تشویق می کند. برای نشان دادن یک شیر با مقاومت کم (مانند یک شیر فلپر ساده)، A را برای شرایط بسته روی 5000 و برای شرایط باز روی 0.1 قرار دهید. تنظیم دقیق این مقادیر و به طور بالقوه اصلاح این مدل در یک برنامه واقعی مطلوب است.
همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، برای صرفه جویی در زمان محاسبه برای اهداف این مثال، از یک مش نسبتاً درشت استفاده شده است.
شکل 2: مش استفاده شده در مدل. به لایه های مرزی سیال در کنار دیواره های سیال برجسته توجه کنید.
نتایج و بحث
شکل 3 دبی ورودی و خروجی را نشان می دهد و حفظ حجم سیال درون دستگاه را تایید می کند. ولتاژ درایو در طول 3/4 اول دوره فعال سازی افزایش می یابد. پس از آن، یک جریان دوره ای زمانی ثابت به سرعت برقرار می شود. تفاوت در جریان ورودی و خروجی با حجم سیال جابجا شده توسط غشاء به دلیل ضربه پیزوالکتریک مطابقت دارد و حفظ حجم را تأیید می کند.
شکل 3: نرخ جریان و حفظ حجم.
زمان جریان های یکپارچه به ورودی و خروجی با استفاده از یک ODE جهانی محاسبه می شود و در شکل 4 نشان داده شده است . جریان خالص از طریق پمپ در 0.05 ثانیه 1.44 میکرولیتر است که مربوط به 28.8 میکرولیتر بر ثانیه یا 1.73 میلی لیتر در دقیقه است. این برای چنین طراحی غیر رزونانسی معمول است.
شکل 4: جریان خالص سیال از طریق ورودی و خروجی در طول زمان، با استفاده از یک معادله دیفرانسیل معمولی جهانی محاسبه شده است.
شکل 5 جریان ورودی (چپ) و خروجی (راست) را هنگامی که سیال به داخل محفظه کشیده می شود را نشان می دهد، در حالی که شکل 6 حالتی را نشان می دهد که سیال به زور از محفظه خارج می شود.
شکل 5: سرعت (لگاریتم پایه 10 بر حسب میلی متر بر ثانیه) هنگامی که سیال از ورودی کشیده می شود.
شکل 6: سرعت (لگاریتم پایه 10 بر حسب میلی متر بر ثانیه) هنگامی که سیال از طریق خروجی رانده می شود.
شکل 7 و شکل 8 خطوط جریان سیال را در موارد مربوطه نشان می دهد.
شکل 7: هنگامی که سیال از طریق ورودی کشیده می شود، جریان جریان پیدا می کند. رنگ لگاریتم پایه 10 سرعت را بر حسب میلی متر بر ثانیه نشان می دهد.
شکل 8: هنگامی که سیال از طریق خروجی رانده می شود، جریان جریان پیدا می کند. رنگ لگاریتم پایه 10 سرعت را بر حسب میلی متر بر ثانیه نشان می دهد.
مسیر کتابخانه برنامه: MEMS_Module/Fluid-Structure_Interaction/piezoelectric_micropump
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  3D کلیک کنید . |
علاوه بر پیزوالکتریک و جریان آرام، از یک معادله جهانی برای پیگیری جریان کل از ورودی و خروجی استفاده خواهد شد.
2 | در درخت Select Physics ، Structural Mechanics>Electromagnetics-Structure Interaction>Piezoelectricity>Piezoelectricity, Solid را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow>Single-Phase Flow>Laminar Flow (spf) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 | در درخت Select Physics ، Mathematics>ODE و DAE Interfaces>Global ODEs and DAEs (ge) را انتخاب کنید . |
7 | روی افزودن کلیک کنید . |
8 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
9 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
10 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
مدل Wizard دسکتاپ COMSOL را در گره Geometry راه اندازی می کند . برای راحتی، از فرصت استفاده کنید و واحد طول را روی میلی متر تنظیم کنید.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
برخی از پارامترهای جهانی را وارد کنید. عبارت حاوی پارامتر r_inlet در ابتدا قرمز به نظر می رسد و پس از تعریف r_inlet به سیاه تبدیل می شود.
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 |
w_block | 30 [mm] | 0.03 متر | عرض پایه |
عمق_بلاک | 30 [mm] | 0.03 متر | عمق پایه |
h_block | 5 [mm] | 0.005 متر | ضخامت پایه |
h_exit | 5*r_inlet | 0.005 متر | ارتفاع ورودی/خروجی |
h_memb | 1 [mm] | 0.001 متر | ارتفاع غشاء |
شناسه | 8 [mm] | 0.008 متر | قطر داخلی محرک دیسک |
از جانب | 15[mm] | 0.015 متر | قطر بیرونی محرک دیسک |
r_inlet | 1 [mm] | 0.001 متر | شعاع ورودی سیال |
r_memb | 12 [mm] | 0.012 متر | شعاع غشاء |
r_outlet | 1 [mm] | 0.001 متر | شعاع خروجی سیال |
t0 | 0.1[mm] | 1E-4 متر | ضخامت لایه پیزوالکتریک |
n | 75 | 75 | تعداد لایه ها در محرک |
E0 | 0.2 [V/um] | 2E5 V/m | قدرت میدان الکتریکی |
V0 | E0*t0*n | 1500 V | ولتاژ اعمال شده |
فرکانس | 60[Hz] | 60 هرتز | فرکانس تحریک پیستون |
استرس بالا | 5e3 | 5000 | استرس مرزی (بالا) |
استرس_کم | 1e-1 | 0.1 | استرس مرزی (کم) |
هندسه را بسازید. ما فقط نیمی از دستگاه را با استفاده از تقارن مسئله مدل می کنیم. از Form Assembly با Create imprints استفاده کنید تا مش های مختلف را در حوزه جامد و سیال مجاز کنید، در حالی که هنوز یک جفت سطح منطبق برای رابط جامد-مایع ایجاد کنید.
محفظه سیال یک بلوک ساده است.
هندسه 1
بلوک 1 – محفظه مایع
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Block کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Block ، Block 1 – Fluid Chamber را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width ، w_block را تایپ کنید . |
4 | در قسمت Depth text depth_block را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، h_block-h_memb را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . از لیست پایه ، مرکز را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متن z ، -h_memb/2 را تایپ کنید . |
پشته پیزوالکتریک یک استوانه توخالی است که می توان آن را با تفاوت بین دو سیلندر ساخت.
سیلندر 1 – پیزو OD
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Cylinder 1 – Piezo OD را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، OD/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، t0*n را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، h_block/2 را تایپ کنید . |
سیلندر 2 – شناسه پیزو
1 | روی Cylinder 1 – Piezo OD کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Cylinder 2 – Piezo ID را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ID/2 را تایپ کنید . |
تفاوت 1 – پیزو
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، Difference 1 – Piezo را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط شی cyl1 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت تفاوت را پیدا کنید . زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی cyl2 را انتخاب کنید. |
غشای فعال یک استوانه ساده است، لوله های ورودی و خروجی نیز همینطور هستند.
سیلندر 3 – غشاء
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Cylinder 3 – Membrane را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_memb را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، h_memb را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، h_block/2-h_memb را تایپ کنید . |
سیلندر 4 – ورودی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Cylinder 4 – Inlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_inlet را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، h_exit را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -(OD+ID)/4 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -h_block/2-h_exit را تایپ کنید . |
سیلندر 5 – خروجی
1 | روی Cylinder 4 – Inlet کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، Cylinder 5 – Outlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_outlet را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، (OD+ID)/4 را تایپ کنید . |
با استفاده از یک صفحه کار، هندسه را به دو قسمت متقارن تقسیم کنید و یکی از آنها را بردارید.
صفحه کار 1 – صفحه تقارن
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، صفحه کار 1 – صفحه تقارن را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Plane Definition را پیدا کنید . از لیست هواپیما ، xz-plane را انتخاب کنید . |
اشیاء پارتیشن 1 (par1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Partition Objects را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا همه اشیا انتخاب شوند. |
4 | در پنجره تنظیمات برای اشیاء پارتیشن ، قسمت اشیاء پارتیشن را پیدا کنید . |
5 | از فهرست پارتیشن با ، صفحه کار را انتخاب کنید . |
حذف نهادهای 1 (del1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Delete Entities را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حذف نهادها ، بخش Entities یا Objects to Delete را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | در شی par1(1) فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
5 | در شی par1(2) فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
6 | در شی par1(3) ، فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
7 | در شی par1(4) فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
8 | در شیء par1(5) ، فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
اجزای جامد و سیال هندسه را به طور جداگانه با انتخابی که برای هر کدام تعریف شده است، یکی کنید و سپس هندسه را با استفاده از Form Assembly نهایی کنید .
اتحادیه 1 – جامد
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Union 1 – Solid را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط اشیاء del1(2) و del1(5) را انتخاب کنید. |
4 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
اتحادیه 2 – مایع
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Union 2 – Fluid را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط اشیاء del1(1) ، del1(3) و del1(4) را انتخاب کنید. |
4 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Form Union (fin) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Form Union/Assembly ، بخش Form Union/Assembly را پیدا کنید . |
3 | از لیست Action ، Form an assembly را انتخاب کنید . |
4 | تیک Create imprints را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
انتخاب هایی را برای تنظیمات بعدی ایجاد کنید. ابتدا دامنه پشته پیزوالکتریک را با استفاده از یک جعبه انتخاب کنید.
تعاریف
جعبه 1 – پیزو
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، کادر 1 – Piezo را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن x ، h_block/2-h_memb/2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن x ، -inf را تایپ کنید . |
6 | در قسمت حداقل متن z ، h_block/2-h_memb/2 را تایپ کنید . |
دامنه غشایی با تفاوت بین دامنه جامد و پشته پیزوالکتریک به دست می آید.
تفاوت 1 – غشاء
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  تفاوت کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، Difference 1 – Membrane را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، Union 1 – Solid را در لیست انتخاب‌ها برای افزودن انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
7 | در قسمت انتخاب‌ها برای تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید . |
8 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، کادر 1 – Piezo را در لیست انتخاب‌ها برای تفریق انتخاب کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید .  |
مرزهای ورودی و خروجی را با استفاده از انتخاب جعبه تعریف کنید.
جعبه 2 – ورودی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، جعبه 2 – ورودی را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت متن حداکثر x ، 0 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت حداکثر متن z ، -h_block/2-h_exit/2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
برای مشاهده بهتر انتخاب مرز ورودی از رندر قاب سیمی استفاده کنید.
7 |  روی دکمه Wireframe Rendering در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
جعبه 3 – خروجی
1 | روی Box 2 – Inlet کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، کادر 3 – Outlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن x ، 0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن حداکثر x ، Inf را تایپ کنید . |
برای تعریف صفحه تقارن از کادر انتخاب استفاده کنید.
جعبه 4 – صفحه تقارن
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، کادر 4 – Symmetry Plane را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداکثر متن y ، min(min(r_inlet,r_outlet),ID)/2 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
با حذف صفحه تقارن و ورودی/خروجی ها از مرزهای مجاور سیال، انتخابی برای دیواره های سیال ایجاد کنید. این انتخاب می تواند برای ایجاد مش لایه مرزی برای مشکل جریان استفاده شود.
مجاور 1 – تمام مرزهای سیال
1 | در نوار ابزار تعاریف ،  روی مجاور کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مجاور ، Adjacent 1 – All Fluid Boundaries را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت انتخاب‌های ورودی ، روی افزودن کلیک کنید .  |
4 | در کادر محاوره ای افزودن ، Union 2 – Fluid را در لیست انتخاب های ورودی انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
تفاوت 2 – دیوارهای سیال
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  تفاوت کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، Difference 2 – Fluid Walls 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 . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، Adjacent 1 – All Fluid Boundaries را در لیست Selections to add انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
8 | در قسمت انتخاب‌ها برای تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید . |
9 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، کادر 2 – ورودی را در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
11 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
12 | در قسمت انتخاب‌ها برای تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید . |
13 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، کادر 3 – Outlet را در لیست انتخاب‌ها برای تفریق انتخاب کنید . |
14 | روی OK کلیک کنید . |
15 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
16 | در قسمت انتخاب‌ها برای تفریق ، روی  افزودن کلیک کنید . |
17 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، کادر 4 – صفحه تقارن را در فهرست انتخاب‌ها برای تفریق انتخاب کنید . |
18 | روی OK کلیک کنید . |
انتخابی برای مرز غشاء ایجاد کنید تا از آن برای پیگیری تغییر حجم محفظه سیال استفاده شود.
جعبه 5
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . |
3 | از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن x ، -eps را تایپ کنید . |
5 | در قسمت حداکثر متن x ، eps را تایپ کنید . |
6 | در قسمت حداقل متن y ، -eps را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن حداکثر y ، eps را تایپ کنید . |
8 | در قسمت حداقل متن z ، h_block/2-h_memb-eps را تایپ کنید . |
تقاطع 1 – غشاء مایع
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Intersection کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقاطع ، Intersection 1 – Fluid Membrane 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 . در قسمت «انتخاب‌ها برای تقاطع» ، روی  «افزودن» کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای تقاطع ، Difference 2 – Fluid Walls و کادر 5 را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
در نهایت سطح بالای پشته پیزوالکتریک و محیط غشاء را برای محدودیت ثابت در مسئله جامد انتخاب کنید.
صریح 1 – مرزهای ثابت
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Explicit 1 – Fixed Boundaries را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 18، 25 و 30 را انتخاب کنید.  |
داده های مواد را به انتخاب های مربوطه اضافه 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>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Piezoelectric>Lead Zirconate Titanate (PZT-5H) را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آب، مایع (mat1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Water, liquid (mat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Union 2 – Fluid را انتخاب کنید . |
سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، روی سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، کادر 1 – Piezo را انتخاب کنید . |
غشاء
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، در قسمت متن برچسب ، Membrane را تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست Selection ، Difference 1 – Membrane را انتخاب کنید . |
در این مرحله مجموعه ای از خواص نشان داده شده برای مواد غشایی تعریف شده توسط کاربر آنطور که در نظر گرفته شده است، نیست، زیرا انتخاب های فیزیک هنوز پیکربندی نشده اند.
انتخاب های فیزیک مربوط به داده های مواد را تنظیم کنید.
مکانیک جامدات (جامدات)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid Mechanics ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Union 1 – Solid را انتخاب کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Solid Mechanics (solid) روی مواد پیزوالکتریک 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد پیزوالکتریک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، کادر 1 – Piezo را انتخاب کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، کادر 1 – Piezo را انتخاب کنید . |
جریان آرام (SPF)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Laminar Flow ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Union 2 – Fluid را انتخاب کنید . |
اکنون آماده ایم تا خواص مواد را برای غشا وارد کنیم.
مواد
غشاء (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Membrane (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 200[MPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.45 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 2320 [kg/m^3] | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
به تنظیم فیزیک ادامه دهید. با استفاده از انتخاب های مرزی که قبلاً تعریف شد، محدودیت ثابت و شرایط مرزی تقارن را به مکانیک جامدات اضافه کنید.
مکانیک جامدات (جامدات)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید .
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای محدودیت ثابت ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Explicit 1 – Fixed Boundaries را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، کادر 4 – صفحه تقارن را انتخاب کنید . |
پایانه های الکتریکی را به سطوح بالا و پایین پشته پیزوالکتریک اضافه کنید، با استفاده از یک شرط مرزی پایانه در بالا و یک شرط مرزی زمین در پایین.
الکترواستاتیک (ES)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید .
ترمینال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Terminal را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Explicit 1 – Fixed Boundaries را انتخاب کنید . |
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 24 را انتخاب کنید.  |
میکروپمپ توسط یک ولتاژ سینوسی در ترمینال هدایت می شود. یک تابع سطح شیب دار تعریف کنید تا به آرامی درایو سینوسی را بالا ببرد. سپس عبارت ولتاژ ترمینال را وارد کنید.
تعاریف
رمپ 1 (rm1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Local>Ramp را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Ramp ، بخش Parameters را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن مکان ، 0.1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن شیب ، 1.2 را تایپ کنید . |
5 | چک باکس Cutoff را انتخاب کنید . |
6 | برای گسترش بخش Smoothing کلیک کنید . تیک Size of Transition zone at start را انتخاب کنید . |
7 | تیک Size of Transition zone at cutoff را انتخاب کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
ترمینال 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Electrostatics (es) روی Terminal 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع ترمینال ، ولتاژ را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، V0*sin(t*frequency*2*pi)*rm1(t*frequency*4/3) را تایپ کنید . |
برای تنظیم شرایط مرزی تقارن، ورودی و خروجی برای جریان سیال، از انتخاب‌هایی که قبلاً تعریف شده‌اند استفاده کنید.
جریان آرام (SPF)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Laminar Flow (spf) کلیک کنید .
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، کادر 2 – ورودی را انتخاب کنید . |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، جعبه 3 – خروجی را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، کادر 4 – صفحه تقارن را انتخاب کنید . |
اپراتورهای متوسط را برای محاسبه میانگین سرعت سیال در ورودی/خروجی تعریف کنید و سپس از آن در فرمول تحلیلی برای فشار استفاده کنید تا تأثیر شیر در ورودی/خروجی را محاسبه کند.
تعاریف
میانگین 1 – ورودی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و میانگین را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین ، میانگین 1 – ورودی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام اپراتور ، av_in را تایپ کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | از فهرست انتخاب ، کادر 2 – ورودی را انتخاب کنید . |
میانگین 2 – خروجی
1 | روی Average 1 – Inlet کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین ، میانگین 2 – خروجی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام اپراتور ، av_out را تایپ کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از فهرست انتخاب ، جعبه 3 – خروجی را انتخاب کنید . |
جریان آرام (SPF)
ورودی 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Laminar Flow (spf) روی Inlet 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Boundary Condition را پیدا کنید . |
3 | از لیست، فشار را انتخاب کنید . |
4 | بخش شرایط فشار را پیدا کنید . در قسمت متنی p 0 ، if(av_in(w2)>0,-low_stress, high_stress)*(av_in(w2)^2)*av_in(spf.rho) را تایپ کنید . |
5 | از لیست جهت جریان ، User defined را انتخاب کنید . بردار d u را به صورت مشخص کنید |
0 | ایکس |
0 | y |
1 | z |
خروجی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Outlet 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات خروجی ، بخش شرایط فشار را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی p 0 ، if(av_out(w2)<0,low_stress, -high_stress)*(av_out(w2)^2)*av_out(spf.rho) را تایپ کنید . |
عملگرهای ادغام را برای محاسبه نرخ جریان در ورودی/خروجی تعریف کنید و سپس از آن در معادله جهانی برای پیگیری حجم جریان انباشته در ورودی/خروجی استفاده کنید.
تعاریف
ادغام 1 – ورودی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، Integration 1 – Inlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام اپراتور ، int_in را تایپ کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | از فهرست انتخاب ، کادر 2 – ورودی را انتخاب کنید . |
ادغام 2 – خروجی
1 | روی Integration 1 – Inlet کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، Integration 2 – Outlet را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام اپراتور ، int_out را تایپ کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از فهرست انتخاب ، جعبه 3 – خروجی را انتخاب کنید . |
ODE و DAE جهانی (GE)
معادلات جهانی 1 – حجم جریان انباشته
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Global ODEs and DAEs (ge) روی معادلات جهانی 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای معادلات جهانی ، معادلات جهانی 1 – حجم جریان انباشته را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت معادلات جهانی را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | F(U,UT,UTT,T) (1) | مقدار اولیه (U_0) (1) | مقدار اولیه (U_T0) (1/S) | شرح |
Q_in | Q_int-int_in(w2) | 0 | 0 | در جریان انباشته شده است |
Q_out | Q_outt-int_out(-w2) | 0 | 0 | جریان خروجی انباشته شده |
جریان ورودی در جهت z + و جریان خروجی در جهت -z است، بنابراین در فرمول های بالا علائم مخالف است.
4 | قسمت Units را پیدا کنید .  روی تعریف واحد متغیر وابسته کلیک کنید . |
5 | در جدول کمیت متغیر وابسته ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
کمیت متغیر وابسته | واحد |
واحد سفارشی | m^3 |
6 |  روی تعریف واحد اصطلاح منبع کلیک کنید . |
7 | در جدول مقدار واژه منبع ، تنظیمات زیر را وارد کنید: |
مقدار اصطلاح منبع | واحد |
واحد سفارشی | m^3/s |
کوپلینگ چندفیزیکی برهمکنش سیال-ساختار را اضافه کنید.
چند فیزیک
اندرکنش سیال-ساختار، جفت 1 (fsip1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Multiphysics راست کلیک کرده و Fluid-Structure Interaction، Pair را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Fluid-Structure Interaction، Pair ، قسمت Pair Selection را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Pairs ، روی  افزودن کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای افزودن ، Identity Boundary Pair 1 (ap1) را در لیست Pairs انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
یک جعبه انتخاب برای سطوح چهار مشبک ایجاد کنید. سپس یک مش جاروب برای حوزه های جامد و شبکه لایه مرزی برای حوزه های سیال ایجاد کنید.
تعاریف
جعبه 6 – مش چهارگانه
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  جعبه کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات جعبه ، کادر 6 – Quad Mesh را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Geometric Entity Level را پیدا کنید . از لیست Level ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Box Limits را پیدا کنید . در قسمت حداقل متن z ، h_block/2-eps را تایپ کنید . |
5 | در قسمت حداکثر متن z ، h_block/2+eps را تایپ کنید . |
6 | قسمت Output Entities را پیدا کنید . از فهرست Include entity if ، Entity inside کادر را انتخاب کنید . |
مش 1
Quad رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Quad را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Quad رایگان ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، جعبه 6 – مش چهارگانه را انتخاب کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | از لیست از پیش تعریف شده ، Extra fine را انتخاب 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 | از لیست انتخاب ، Union 1 – Solid را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، کادر 1 – Piezo را انتخاب کنید . |
توزیع 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Difference 1 – Membrane را انتخاب کنید . |
4 | بخش توزیع را پیدا کنید . در فیلد متنی Number of element ، 3 را تایپ کنید . |
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Union 2 – Fluid را انتخاب کنید . |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . از فهرست Calibrate for ، Fluid dynamics را انتخاب کنید . |
6 | از لیست Predefined ، Fine را انتخاب کنید . |
لایه های مرزی 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary Layers کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه های مرزی ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Union 2 – Fluid را انتخاب کنید . |
ویژگی های لایه مرزی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Boundary Layer Properties کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ویژگی های لایه مرزی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Difference 2 – Fluid Walls را انتخاب کنید . |
4 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در قسمت متنی Number of layers عدد 3 را تایپ کنید . |
5 | از لیست مشخصات ضخامت ، اولین لایه را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت Thickness متن 0.1 را تایپ کنید . |
7 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
قبل از محاسبه مدل، یک عملگر یکپارچه سازی برای محاسبه تغییر حجم محفظه سیال به دلیل جابجایی غشا تعریف کنید. همچنین دو پروب جهانی برای نظارت بر دبی ورودی/خروجی در طول فرآیند حل تعریف کنید. در نهایت اتحاد ورودی و خروجی را برای نمودار جریان پس از حل تعریف کنید.
تعاریف
ادغام 3 – غشاء مایع
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کرده و Integration را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ادغام ، Integration 3 – Fluid Membrane را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | در قسمت متنی نام اپراتور ، int_mem را تایپ کنید . |
4 | بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
5 | از لیست انتخاب ، تقاطع 1 – غشای مایع را انتخاب کنید . |
پروب متغیر جهانی 1 – در نرخ جریان
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Probes کلیک کنید و Global Variable Probe را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی ، کاوشگر متغیر جهانی 1 – نرخ جریان را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | در قسمت متن نام متغیر ، flowrate_in را تایپ کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، int_in(w2) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت Table and plot unit ، ml/s را تایپ کنید . |
پروب متغیر جهانی 2 – نرخ جریان خروجی
1 | روی Global Variable Probe 1 – In flow rate کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی ، پروب متغیر جهانی 2 – نرخ جریان خروجی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | در قسمت متن نام متغیر ، flowrate_out را تایپ کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، int_out(-w2) را تایپ کنید . |
اتحادیه 1 – ورودی و خروجی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Union 1 – Inlet and Outlet 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 . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، کادر 2 – ورودی و جعبه 3 – خروجی را انتخاب کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . |
مطالعه را برای محاسبه مدل تنظیم کنید. سیر تکامل زمانی را برای 5 چرخه رانندگی دنبال کنید. برای به حداقل رساندن درون یابی از گام به گام دقیق استفاده کنید . برای صرفه جویی در زمان محاسبات از حل کننده کاملاً جفت شده استفاده 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 | در قسمت متنی زمان خروجی ، range(0,0.025,5)/frequency را تایپ کنید . |
4 | تیک Include geometric nonlinearity را انتخاب 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 ، 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 ، Strict را انتخاب کنید . |
5 | روی Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 کلیک راست کرده و Fully Coupled را انتخاب کنید . |
6 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1)>Time-Dependent Solver 1 روی Fully Coupled 1 کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای کاملاً جفت شده ، روی  محاسبه کلیک کنید . |
نمودار پیش فرض برای معادله جهانی حجم جریان انباشته شده را به عنوان تابعی از زمان نشان می دهد.
نتایج
حجم جریان انباشته در مقابل زمان
1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، حجم جریان انباشته در مقابل زمان را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
2 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
4 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Flow Volume (ul) را تایپ کنید . |
5 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، سمت چپ بالا را انتخاب کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Accumulated Flow Volume vs. Time را گسترش دهید ، سپس روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
Q_in | ul | در جریان انباشته شده است |
Q_out | ul | جریان خروجی انباشته شده |
4 | در نوار ابزار حجم جریان انباشته در مقابل زمان ، روی  Plot کلیک کنید . |
ما می بینیم که جریان ورودی و خروجی به گونه ای که از نحوه عملکرد پمپ انتظار می رود، متحرک است. این را می توان در نرخ جریان به عنوان تابعی از زمان نیز مشاهده کرد. بقای حجم با رسم مجموع نرخ جریان و نرخ تغییر حجم توسط انحراف غشا نشان داده می شود.
نرخ جریان در مقابل زمان و حفظ حجم
1 | در پنجره Model Builder ، روی Accumulated Flow Volume vs. Time کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، روی حجم جریان انباشته در مقابل زمان 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، نرخ جریان در مقابل حفظ زمان و حجم را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . در قسمت نوشتاری برچسب محور y ، Flow Rate (ml/s) را تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Global 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
int_in(w2) | میلی لیتر در ثانیه | در جریان |
int_out(-w2) | میلی لیتر در ثانیه | جریان خارج |
int_in(w2)+int_out(w2)+int_mem(-w2) | میلی لیتر در ثانیه | حفظ حجم |
4 | در نوار ابزار نرخ جریان در مقابل حفظ زمان و حجم ، روی  Plot کلیک کنید . |
مجموع نرخ ها صفر است، که حفظ حجم را تأیید می کند. اکنون نموداری از میدان سرعت ایجاد کنید که حرکت سیال و جامد را در صفحه تقارن نشان می دهد.
میدان سرعت
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 ، فیلد Velocity را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Velocity Field کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، log10 (spf.U/1[mm/s]) را تایپ 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 ، کادر 4 – صفحه تقارن را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Velocity Field روی Surface 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، log10 (solid.vel/1[mm/s]) را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Surface 1 را انتخاب کنید . |
سطح پیکان 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity Field کلیک راست کرده و Arrow Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Arrow Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x-component ، u2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y-component ، v2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z-component ، w2 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست طول پیکان ، Normalized را انتخاب کنید . |
7 | از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Arrow 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 ، کادر 4 – صفحه تقارن را انتخاب کنید . |
سطح پیکان 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Velocity Field روی Arrow Surface 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Arrow Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x-component ، ut را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y-component ، vt را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z-component ، wt را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار Velocity Field ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Go to XZ View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
این یک نقطه زمانی را نشان می دهد که سیال از طریق ورودی به داخل کشیده می شود. به نقطه زمانی متفاوتی که سیال از طریق خروجی به بیرون رانده می شود، نگاه کنید.
میدان سرعت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Velocity Field کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست زمان (ها) ، 0.075 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Velocity Field ، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودارهای ساده را برای همان دو نقطه زمانی ایجاد کنید.
جریان سیال
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 ، Fluid Streamlines را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
ساده 1
1 | روی Fluid Streamlines کلیک راست کرده و Streamline را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x-component ، u2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y-component ، v2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن z-component ، w2 را تایپ کنید . |
بیان رنگ 1
1 | روی Streamline 1 کلیک راست کرده و Color Expression را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، log10 (spf.U/1[mm/s]) را تایپ کنید . |
ساده 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Streamline 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Selection را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، Union 1 – Inlet and Outlet را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Type ، Ribbon را انتخاب کنید . |
5 | زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار Fluid Streamlines ، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Go to Default View در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
این یک نقطه زمانی را نشان می دهد که سیال از طریق ورودی به داخل کشیده می شود. به نقطه زمانی متفاوتی که سیال از طریق خروجی به بیرون رانده می شود، نگاه کنید.
جریان سیال
1 | در پنجره Model Builder ، روی Fluid Streamlines کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست زمان (ها) ، 0.075 را انتخاب کنید . |
4 | در نوار ابزار Fluid Streamlines ، روی  Plot کلیک کنید . |
