ساعت شنی، با روش‌های DDPM و DEM، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (ساعت شنی)

هدف از مسأله حاضر، شبیه سازی عددی یک ساعت شنی با کمک روش فاز گسسته (DPM) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

مدل حاضر به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار spaceclaim طراحی شده است. سپس مش بندی با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام گرفته است. مش بندی از نوع با سازمان (structured) بوده و تعداد 244675 سلول ایجاد شده است.

با توجه به ماهیت مدل‌سازی حاضر که وابسته به زمان است، از حلگر گذرا (transient) استفاده شده است.

روش‌های استفاده شده

در این پروژه، شبیه سازی ساعت شنی با استفاده از مدل فاز گسسته (DPM) مورد بررسی قرار گرفت. مسیر ذرات داخل ساعت شنی نیز با استفاده از نرم‌افزار انسی فلوئنت مشاهده شد.

در حالی که دیدگاه DPM برای راه‌ حل‌های CFD یک راه عالی برای محاسبه مطالعه جریان ذرات است که هزینه‌های محاسباتی را کاهش می‌دهد، این دیدگاه در ارائه پاسخ‌های قابل اعتماد برای شبیه‌سازی ذرات متراکم با غلظت‌های بیشتر از 10 درصد حجمی ناکام است.

برای حل این مسأله، از روش فاز غلیظ گسسته (Discrete Concentrated Phase Method (DDPM)) در پروژه‌های CFD استفاده می‌شود.

روش المان گسسته (discrete element method (DEM))، یک روش عددی برای محاسبه برهم‌کنش تعداد زیادی ذرات گسسته کوچک است.

علیرغم رابطه بسیار نزدیک بین DEM و روش شبیه سازی دینامیک مولکولی (Molecular Dynamics)، ویژگی‌هایی مانند درجه آزادی چرخشی، تماس ذرات و هندسه پیچیده به طور کلی این دیدگاه را از سایر گزینه‌ها متمایز می‌کند.

این روش مبتنی بر یک روش عددی صریح (explicit) است که برهم‌کنش بین ذرات را از طریق تماس و حرکت ذرات بررسی می‌کند. قابلیت مدل DEM به کاربر اجازه می‌دهد تا حرکت ذرات را به عنوان جرم یک نقطه متحرک در نظر بگیرد که شامل شکل و حجم ذرات می‌شود.

علاوه براین، از یک فرایند تزریق (injection) برای وارد کردن 92000 ذره در ساعت شنی در صفر ثانیه استفاده شد.

علاوه براین، از مدل لمینار (laminar) برای حل معادلات جریان سیال استفاده می‌شود.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، مقادیر ردیابی دنباله ذرات (particle tracking) در ساعت شنی استخراج شده و انیمیشن پیوست می‌شود.