جریان تراکم پذیر در نازل سه بعدی همگرا-واگرا، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه جریان تراکم پذیر در نازل سه بعدی همگرا-واگرا

در این پروژه، به شبیه سازی جریان تراکم پذیر در نازل سه بعدی همگرا-واگرا، با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم.

نازل دلاوال (نازل همگرا-واگرا، نازل CD یا نازل con-di) لوله ای است که در وسط آن قرار گرفته است و شکل ساعت شنی نامتقارن و متعادلی را ایجاد می کند. برای شتاب دادن گاز داغ و تحت فشار عبوری از آن به سرعت مافوق صوت بالاتر در جهت محوری (تراست) با تبدیل انرژی گرمایی جریان به انرژی جنبشی استفاده می شود. به همین دلیل، نازل به طور گسترده در برخی از انواع توربین های بخار و نازل های موتور موشک استفاده می شود.

در این پروژه جریان هوا پس از عبور از ناحیه گلوگاهی با فشار 70 بار و عدد ماخ 0.2 با دمای 2735 کلوین وارد نازل همگرا – واگرا می شود. جریان هوا با عبور از دیفیوزر سرعت می گیرد و دمای خود را از دست می دهد.

هندسه این پروژه را با نرم افزار ANSYS Design Modeler طراحی کردیم و مش بندی آن را با نرم افزار ANSYS Meshing انجام دادیم. نوع مش بدون ساختار بوده و تعداد سلول های محاسباتی آن 898906 می باشد.

روش های استفاده شده

معادله انرژی به دلیل جریان تراکم پذیر فعال شده است و از معادله گاز ایده آل برای محاسبه تغییرات چگالی در حوزه محاسباتی استفاده کرده ایم.

نتایج شبیه سازی جریان تراکم پذیر در نازل سه بعدی همگرا-واگرا

کانتورهای فشار، دما، سرعت، عدد ماخ و غیره ارائه شده است. همانطور که از خطوط مشخص است، جریان هوا پس از عبور از دهانه نازل گرمای خود را از دست می دهد. با بزرگتر شدن دهانه نازل نسبت به قبل (در قسمت واگرا) سرعت خود را افزایش می دهد و حجم هوای عبوری افزایش می یابد. به دلیل ثابت بودن جرم هوا، چگالی آن کاهش می یابد، بنابراین طبق قانون پیوستگی، سرعت همراه با نازل افزایش می یابد. همانطور که از کانتور ماخ مشاهده می شود، عدد ماخ در گلوگاه نازل مطابق با حالت طراحی برابر با یک است و سپس در قسمت واگرا نازل افزایش می یابد. توزیع عدد ماخ در این بخش به دلیل شکستگی خطوط هندسی نازل یکنواخت نیست. با این حال، حداکثر مقدار خود را در خروجی نازل دارد، یعنی جایی که فشار دقیقاً در حداقل است. یک نقطه جداسازی نقطه مرزی در پایین دست گلو وجود دارد. شوک طبیعی نیز در گلوگاه رخ داد.