تخلخل (مقاومت ویسکوز و اینرسی، محیط متخلخل ناهمگن)

معرفی تخلخل (Porosity)

این یک مقدمه از تخلخل است. محیط متخلخل (porous medium) ماده‌ای است که تمام حجم آن جامد نیست و دارای حفره‌های خالی است. با این حال، اگر این محیط در مقابل حرکت سیال باشد، سیال می‌تواند از آن حفره‌ها عبور کند. کاربرد محیط متخلخل در ساده‌سازی شبیه سازی‌های مختلف CFD قابل توجه است. همان‌طور که مشخص است، افت فشار یک سیال در هنگام عبور از یک محیط متخلخل بیشتر از عدم وجود یک محیط متخلخل است. بنابراین، برای شبیه‌سازی یک محیط متخلخل، می‌توان اثرات افت فشار را با ترم منبع فشار منفی مشاهده کرد. تولید هندسه و مش‌بندی یک ماده متخلخل واقعی دشوار و غیرممکن است، بنابراین این تقریب کار را بسیار آسان می‌کند.

افت فشار در محیط متخلخل

افت فشار در محیط متخلخل دو نوع دارد:

1. مقاومت ویسکوز (viscous resistance)
2. مقاومت اینرسی (inertial resistance)

نوع اول مقاومت ویسکوزیته ناشی از افت فشار اصطکاک به دلیل ویسکوزیته سیال است که در رژیم‌های جریان آرام (laminar) اهمیت دارد. نوع دوم مقاومت اینرسی ناشی از افت هد دینامیکی سیال است. در رژیم جریان آشفته (turbulent)، اثر مقاومت اینرسی بر افت فشار بیشتر از مقاومت ویسکوز است.

محیط متخلخل ناهمگن (Heterogeneous)

ممکن است یک محیط متخلخل داشته باشیم که در آن فشار مقاومت ویسکوز و اینرسی به دلیل ناهمسانگردی تخلخل در جهات مختلف یکسان نباشد. نرم افزار ANSYS Fluent این قابلیت را به ما می‌دهد که مقاومت ویسکوز و اینرسی را به طور جداگانه در سه جهت Y ،X و Z (برای هندسه‌های دوبعدی در دو جهت X و Y) تعریف کنیم. ابتدا باید بردارهای جهت را برای هر جهت مشخص کنیم. سپس، می‌توانیم مقاومت فشاری را برای هر جهت تعیین کنیم.

البته به این نکته مهم توجه کنید که بردارهای جهات انتخابی باید عمود برهم باشند.

در اینجا یکی از تمرین‌های عملی مرتبطی که در محصولات آموزشی وجود دارد، آورده شده است:

https://www.ansysfluent.ir/shop/diffuser-orifice-plate-effects-on-the-acsc-performance/