مدل فاز گسسته (DPM)

مدل فاز گسسته (Discrete Phase Model (DPM))

مدل فاز گسسته زیرمجموعه‌ای از جریان‌های چندفازی محسوب می‌شود. زمانی مدل فاز گسسته (DPM) استفاده می‌شود که هدف ما بررسی رفتار ذرات از دیدگاه لاگرانژی و دیدگاه گسسته باشد. تفاوت بین دیدگاه لاگرانژی (Lagrangian) و اویلری (Eulerian) این است که رفتار سیال در دیدگاه لاگرانژی براساس تعقیب یا ردیابی ذرات یک جریان ذره‌ای بررسی می‌شود؛ درحالی که رفتار سیال در دیدگاه اویلری براساس فرض المان حجم محدود (finite volume) درمسیر جریان سیال در نظر گرفته می‌شود.

در مدل فاز گسسته، فاز پیوسته با استفاده از معادلات ناویر-استوکس (Navier-Stokes) حل می‌شود. در همان زمان، فاز گسسته با ردیابی تعداد زیادی از ذرات، حباب‌ها یا قطرات عبوری از میدان جریان پیوسته محاسبه شده شبیه سازی می‌شود. لازم به ذکر است که فاز گسسته می‌تواند مومنتوم، جرم و انرژی را با فاز پیوسته مبادله کند. این روش را می‌توان با نادیده گرفتن برهم‌کنش ذرات (و همچنین قطرات و حباب‌ها) با یکدیگر بسیار ساده‌تر کرد. البته این زمانی می‌تواند اتفاق بیفتد که فاز گسسته، حتی با جرم زیاد، حجم بسیار کمتری (کمتر از 10%) نسبت به فاز پیوسته داشته باشد. پس از هر بار تکرار محاسبات فاز پیوسته، مسیرهای ذرات به طور جداگانه محاسبه و تعیین می‌شوند.

لازم به ذکر است که شبیه سازی زیر عملکرد یک رطوبت‌گیر (dehumidifier) را با کمک مدل DPM مدل می‌کند:

https://www.ansysfluent.ir/shop/dehumidifier-with-dpm-model-cfd-simulation-ansys-fluent-training/

مدل فاز گسسته متراکم (Dense Discrete Phase Model (DDPM))

مدل فاز گسسته متراکم (DDPM) یک دیدگاه مبتنی برذره لاگرانژی (Lagrangian parcel-based) است که برخورد ذرات و انتقال‌های غیرمرتبط را با استفاده از نظریه جنبشی جریان‌های دانه‌ای (KTGF) مدل می‌کند. این رویکرد دارای مزایای بیشماری نسبت به مدل دو-سیالی (TFM) اویلرین است. اینها شامل دقت بهتر کلاسترها (cluster) و حباب‌های ذرات، ترکیب طبیعی‌تر توزیع سایز ذرات و کنترل بهتر جت‌ها/کلاسترهای ذرات عبوری است. در این مطالعه، نتایج DDPM با آزمایش‌های اختصاصی و شبیه‌سازی TFM در طیف وسیعی از سرعت‌های سیال‌سازی، سایز ذرات و بارگذاری بستر مقایسه می‌شوند. توجه ویژه برای اطمینان از این است که اثرات اصطکاک چنین جریان‌های ذرات متراکمی درنظر گرفته شده است. مدل DDPM ثابت کرده که قادر به تولید مجدد تناسب خوب با آزمایش‌های به دست آمده توسط TFM برروی یک مش بسیار درشت‌تر است.

روش المان گسسته (Discrete Element Method (DEM))

روش المان گسسته (DEM) یک روش شهودی است که در آن ذرات گسسته و سایر سطوح در طول شبیه‌سازی دینامیکی صریح (explicit dynamic simulation) بهم برخورد می‌کنند. به طور معمول، هر ذره DEM نشان دهنده یک دانه (grain) جداگانه، قرص (tablet)، شات پن (shot peen) و غیره است. روش DEM برای موقعیت‌هایی که در آن ذرات منفرد دچار تغییر شکل (deformation) پیچیده می‌شوند کاربرد ندارد. بنابراین، روش DEM ساده‌تر از روش هیدرودینامیکی ذرات هموار (SPH) است که در آن گروه‌هایی از ذرات مجموعاً یک جسم پیوسته را مدل‌سازی می‌کنند. برای مثال، DEM برای کاربردهای اختلاط ذرات بسیار مناسب است.

پروژه زیر ساعت شنی را با استفاده از مدل‌های DEM و DDPM شبیه سازی می‌کند:

ساعت شنی با روش های DDPM و DEM

شبیه سازی فاز گسسته در نرم افزار ANSYS Fluent

قانون دوم نیوتن حرکت، نظریه اساسی در پس فرآیند مدل‌سازی فاز گسسته را توضیح می‌دهد. همان‌طور که در پاراگراف قبل ذکر شد، ابتدا معادلات فاز پیوسته حل می‌شود تا میدان جریان و پارامترهای مربوط به آن به دست آید. سپس براساس پروژه‌های مختلف، می‌توان نیروهای مختلفی را که بر فاز ذرات اعمال می‌شوند، فرض کرد. درنهایت، می‌توانیم هر ذره را در فاز پیوسته خود با کوپل کردن معادلات ناویر-استوکس با معادله نیوتن دنبال کنیم.

فاز گسسته در نرم افزار ANSYS FLUENT می‌تواند برای مدل‌سازی انواع مختلف پدیده‌ها استفاده شود، از جمله:

• محاسبه مسیر تعقیب فاز گسسته با استفاده از فرمول لاگرانژی که شامل اینرسی فاز گسسته، درگ هیدرودینامیکی و نیروی گرانش برای جریان‌های پایا و ناپایاست.
• براورد اثرات توربولانسی برروی پراکندگی ذرات ناشی از گردابه‌های تروبولانسی موجود در فاز پیوسته
• گرمایش/سرمایش فاز گسسته
• تبخیر (vaporation) و جوشش (boiling) قطرات مایع
• ذرات احتراقی (combusting particle)، از جمله بیرون دادن فرار (volatile) و احتراق زغال نیم‌سوز (char) برای شبیه سازی احتراق زغال سنگ (coal)
• تجزیه (breakup) و بهم آمیختگی (coalecence) قطرات
• سایش (erosion) یا بهم پیوستگی (accretion)

انواع مختلفی از نیروهای داخلی را می‌توان برای واقعی‌تر ساختن پروژه ایجاد شده اعمال کرد، مانند نیروهای Thermophoretic ،Brownian ،Saffman و غیره. همچنین، توابع تعریف شده توسط کاربر (UDF) همیشه برای مدل سازی نیروهایی که در نرم افزار از پیش تعریف نشده اند، وجود دارند.

این قابلیت‌های مدل‌سازی به ANSYS FLUENT امکان شبیه‌سازی طیف گسترده‌ای از مسائل فاز گسسته، از جمله جداسازی (separation) و دسته‌بندی (classification) ذرات، خشک کردن اسپری (spray drying)، انتشار آئروسل (aerosol dispersion)، بهم زدن (stirring) حباب مایعات، احتراق سوخت مایع، و احتراق زغال‌سنگ را می‌دهد.

گروه پردازشگران مهر، متخصص در زمینه شبیه‌سازی مدل فاز گسسته (DPM)

گروه پردازشگران مهر با چندین سال تجربه در شبیه‌سازی مسائل مختلف در زمینه‌های مختلف CFD با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent آماده ارائه خدمات گسترده مدل‌سازی، مش‌بندی و شبیه‌سازی براساس نیاز مشتریان می‌باشد. خدمات شبیه سازی برای شبیه سازی‌های مدل فاز گسسته (DPM) به شرح زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• شبیه سازی CFD جداکننده ذرات از گاز با استفاده از سیکلون
• استفاده از احتراق قطره‌ای ذرات در موتور احتراق داخلی دوزمانه و چهارزمانه
• شبیه سازی ته‌نشینی ذرات توسط نیروی گرانش
• احتراق چوب با استفاده از مدل فاز گسسته
• ردیابی ذرات شن و ماسه در حاشیه رودخانه
• ردیابی ذرات در خشک‌کن پاششی با استفاده از مدل DPM
• شبیه سازی استفاده از نیروی مغناطیسی هیدرودینامیکی (MHD) برای افزایش عملکرد سیکلون
• مدل سازی سایش در زانویی
• و ..…

شما می‌توانید محصولات مرتبط را در دسته بندی‌های ذکر شده در بالا در فروشگاه CFD ما با کلیک برروی لینک زیر بیابید:

https://www.ansysfluent.ir/product-category/fluent-modules/discrete-phase-model/

خدمات ما محدود به موضوع ذکر شده نیست و گروه پردازشگران مهر آماده انجام پروژه‌های متفاوت و چالش برانگیز است. شما می‌توانید به صورت رایگان و بدون هزینه با کارشناسان ما مشورت کرده و با ارسال جزئیات مسأله به ما از طریق آدرس زیر، پروژه خود را سفارش بدهید.

[email protected]