آموزش مقدماتی جریان روی کره با نرم افزار کامسول
آموزش مقدماتی جریان روی کره با نرم افزار کامسول
comsol simulation of flow over sphere
این نرم افزار تحقیقاتی قادر است تا مسایل شاخه های مختلفی از علوم و مهندسی را بصورت عددی حل کند. مسایل مربوط به مهندسی برق، مکانیک شاره ها، مکانیک محیط های الستیک، مسایل اکوستیک، امواج الکترومغناطمیسی در ناحیه های مرزدار، محیطهای پلازما، انتقال جرم، انتقال حرارت، تلاطم، دیفیوژن همگی از قابلیت هاای این نرم افزار است. امکان مطالعه ی مسایل ترکیبی (مثل مساله ی دیفیوژن که با معادلات شارشی جفت می شود) نیز به سهولت در این برنامه وجود دارد.
در اینجا سعی می کنیم ابتدا به یک مساله ی شارش بپردازیم. مساله عبارتست از شارش درون یک استوانه ی صلب. این جریان از یک سو وارد و از دیگر سوی استوانه خارج می شود. یک کره ی صلب که روی محور استوانه قرار دارد، جلوی جریان را می گیرد. نتیجه ی نهایی در شکل زیر دیده می شود. اندازه ی سرعت برحسب رنگها نمایش داده شده است.
برای حل این مساله دقت کنید که به خاطر تقارن سمتی عمل با یک مساله ی دو بعدی سروکار داریم. پس مطابق شکل زیر در صفحه ی آغازین کامسال گیزین هی 2D Axisymmetric را برمی گیزینیم. حال کلید آبی رنگ روبروی select space dimension را انتخاب می کنیم تا به مرحله ی بعد برویم.
مطابق شکل های زیر گزینه های مربوط به شارش لمینار و مطالعه ی حالت پایا را انتخاب و به مراحل بعدی می رویم.
حال در این مرحله هندسه مسئله که عبارتست از یک مستطیل و نیمدایره را رسم می کنیم. در واقع به خاطر تقارن سمتی، مستطیل نماینده ی استوانه و نیمدایره معرف کره است.
در شکل های بالا نشان داده شده که چگونه اندازه ی شکل های هندسی را می توان دستکاری کرد. در این مرحله لازم است که فضای داخل دایره را از هندسه ی مسئله حذف کنیم. برای این منظور روی گزینه ی Geometry کلیک راست کنید و گیزینه ی Boolean operation و از آنجا گزینه ی Differences را برگزینید. مثل شکل های زیر با کلیک کردن روی مستطیل آنرا به کادر بالا object to add اضافه کنید حالت با کلید build all به هدفمان می رسیم. فضای داخل کره از هندسه ی مساله حذف می شود.
در این مرحله با کامل شدن هندسه به قسمت انتخاب شاره ی مورد نظر می پردازیم. با کلیک راست روی گیزینه ی Material و انتخاب Open material Browser مطابق شکل هاای زیر مایع مورد نظر را که اینجا روغن موتور است را برمی گزینیم.
برای انتخاب شرایط مرزی روی Laminar Flow کلیک راست کنید. به تمام گزینه ها نگاه کنید. تمام شرایط مرزی مختلف وجود دارد. برای اعمال شرایط شاره ی ورودی Inlet flow را انتخاب می کنیم. مطابق شکل زیر مرز شماره ۲ را به عنوان مرز ورودی به کادر بالای صفحه یعنی قسمت selectionاضافه میکنیم. ورودی مساله را ازنوع سرعت و بصورت
0.001*(1-s^2)
انتخاب می کنیم. در واقع فرض می کنیم که بیشترین مقدار سرعت در مرکز برابر با یک سانتی متر بر ثانیه و بصورت مرتب هی ۲ از مرکز تا دیواره ی استوانه به صفر می رسد. با کلیک راست روی laminar flow شرط مرزی از نوع outflow را هم انتخاب می کنیم. بالای استوانه یعنی ضلع شماره ی 4 به کادر selection اضافه می شود. به صورت پیشفرض فشار صفر برای این مرز انتخاب شده است. با کلیک راست روی Laminar Flow گزینه ی Wall را انتخاب می کنیم. از این گزینه برای اعمال شرط مرزی بدون لغزش روی دیگر مرز ها استفاده شده است.
هندسهی مسئله کامل شده، نوع شاره تعیین و شرایط مرزی هم اعمال شده است. برای حل عددی مساله لازم است که فضای درونی سیستم را گیسسته کنیم. گزینه ی Mesh را انتخاب کنید. در کادر وسط و در قسمت Element size گزینه ی Finer را انتخاب کنید. حالا با انتخاب Build all شبکه را می سازیم.
برای اجرای برنامه و انجام ماسبات روی Study کلیک راست و از آنجا Compute را انتخاب کنید. زمان اجرای برنامه بسته به پیچیدگی مساله متغیر خواهد بود. در شکل زیر پروفایل سرعت بدست آمده در نمای ۲ بعدی بر حسب رنگها نمایش داده شده است. بعد از اجرای برنامه بصورت پیش فرض فقط بعضی از نتایج نمایش داده می شوند. ولی این قابلیت وجود دارد که از تمام اطلاعات استفاده کرد. این اطلاعات را از قسمت Resultsکسب کنید.
به عنوان نمونه می خواهیم نیروی وارد بر کره را حساب کنیم. در قسمت Results و Derived values گزینه ی Integration و از آنجا line integration را انتخاب کنید. با این انتخاب می توانیم از تمام کمیات مورد نظر روی هر مسیری انتگرال بگیریم. برای محاسبه ی نیروی وارد بر کره از تانسور تنش روی کره انتگرال می گیریم. در قسمت شکل مساله با انتخاب مرزهای نیم دایره آنها را به کادر Selection اضافه می کنیم. در اینجا مرزهاای شماره ی ۶ و ۷ نیم دایره را می سازند. بعد از افزودن مرزها باید عبارت انتگرال گیری را هم انتخاب کنیم. در قسمت Expressions و روی علمت + کلیک کنید و تمامی انتخا ب های ممکن را نگاه کنید. در این مثال عبارت مولفه ی z تنش کلی total stress tensor- zcomponent انتخاب شده است. حال روی Evaluate کنار علمت = کلیک کنید تا محاسبه شود. نتیجه نهایی( 0.01064 - ) که در واقع مولفه ی zنیروی وارد بر کره است در انتهای پایین سمت راست نمایش داده می شود.
اکنون می خواهیم یک مساله ی ترکیبی را حل کنیم. اگیر کلوییدهای کروی شکل را به شاره ی درون استوانه اضافه کنیم، با استفاده از کامسول مسیر حرکت آنها را بدست می اوریم. حرکت این ذرات به خاطر نیروی وارد شده از طرف شارش است. در قسمت 1 Model با کلیک راست گزینه ی Add Physics و از آنجا فیزیک مربوطه یعنی Particle Tracing for fluids را انتخاب می کنیم و به مرحله ی بعدی می رویم (با انتخاب فلش آبی رنگ رو به سمت راست). در قسمت بعد گیزینه ی Time dependent را انتخاب و با انتخاب علامت پرچم یا finish به مرحله ی بعد می رویم.
باید تصمیم بگیریم چه نیروهاایی به ذرات وارد می شوند. با کلیک راست روی Particle tracing for fluid flow نیروی درگ Drag force را انتخاب کنید. در کادر مربوط به این نیرو که ایجاد می شوند گزینه ی All Domains را انتخاب کنید. در قسمت velocity field مورد 1 Velocity field spf/fpرا انتخاب کنید.
شرایط ذرات ورودی به استوانه را با کلیک راست روی Particle tracing و انتخاب Inlet تعیین می کنیم مرز پایین را به عنوان مرز ورودی به کادر selection اضافه کنید. در قسمت initial positionگزینه ی Density و تعداد ۱۰ ذره انتخاب کنید. در قسمت initial velocity گیزین هی 1 velocity field spf /fp را انتخاب کنید.
لازم است برای شرایط خروجی و دیواره ها برای ذرات تصمیم بگیریم. کلیک راست روی Particle tracing for fluid flow و از آنجا out let را انتخاب می کنیم. مرز شماره ۴ را به قسمت selectionاضافه و شرط دیواره را بصورت freeze انتخاب می کنیم. اگر در لیست زیر laminar Flow به قسمت 1 Wallبروید می بینید که بصورت پیش فرض برای تمام دیگر دیواره ها گزینه ی Freezeانتخاب شده است که مناسب است.
برای اینکه مسیر ذرات بدست آید به قسمت step 1 time dependent از 2 Study بروید. در قسمت Study Setting گزینه ی time را مطابق نمونه ی زیر تغییر دهید. در قسمت Physics and variable selections فقط قسمت Particle Tracingرا تیک بزنید. در واقع چون قبلا مسئله ی شارش حل شده دیگر لازم به حل نیست. قسمت Values of dependent Variablesرا هم مطابق شکل زیر تغییر دهید
برای اجرای برنامه روی 2 Study کلیک راست و Compute را انتخاب کنید تا مسئله حل شود و مسیر ها بدست آیند. برای نمایش مسیرهای ذرات در قسمت Particle Trajectories مطابق شکل زیر قسمت Line Style را درحالت Line قرار دهید و روی Plot کلیک کنید. حالا مسیر ها نمایش داده می شوند. چون مسئله ی حل شده دینامیکی بود می توانید مسیرها را بصورت انیمیشن هم رسم کنید.
گروه مهندسی مشاور HKH مفتخر است خدمات خود در زمینه همکاری، طراحی، مشاوره تخصصی و انجام پروژه های مختلف را با استفاده از نرم افزار کامسول به افراد، شرکتها و موسسه های تحقیقاتی ارائه نماید. افراد و شرکت های علاقه مند می توانند جزئیات پروژه کامسول را جهت انجام شبیه سازی کامسول به آدرس ذیل ایمیل نمایند.
گروه مهندسی مشاورHKH
ایمیل: comsolsimulation@gmail.com
تلفن:
09101687870
http://comsolsimulation.blogfa.com/
گروه مهندسی مشاور HKH در انجام پروژه ، مشاوره و آموزش نرم افزار کامسول Multiphysics COMSOL همکاری ، طراحی ، مشاوره تخصصی، انجام پروژه با نرم افزار کامسول، مدلسازی کامسول، مدل سازی کامسول، مشاوره کامسول، مدل سازی comsol، مشاوره پایان نامه، مدلسازی، شبیه سازی با کامسول، دانلود نرم افزار، دانلود کتاب آموزش، آموزش، فیلم آموزش توسط نرم افزار کامسل مولتی فیزیکس آماده همکاری می باشد.