جت اسکی (با جریان دوفازی)، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (جت اسکی)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی حرکت یک جت اسکی (jet ski) برروی مرز بین دو سیال (مرز مشترک آب و هوا) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

ناحیه محاسباتی شامل یک ورودی است که آب را با دبی جرمی 50000 کیلوگرم بر ثانیه وارد می‌کند و یک خروجی که فشاری برابر فشار اتمسفر دارد.

جریان در اطراف اجسام شناور برروی یک سیال، یکی از رایج‌ترین پدیده‌های اطراف ما است. قایق‌های متحرک، کشتی‌ها، جت اسکی و غیره. در چنین مواردی که دو سیال با یکدیگر در تماس هستند، تغییر فاز و تأثیر هر فاز بر یکدیگر همیشه موضوع مهمی است که باید مورد توجه قرار گیرد.

هندسه سه بعدی مدل را با استفاده از نرم افزار انسیس دیزاین مدلر (ANSYS Design Modeler) طراحی کردیم. سپس مش بندی مدل را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام دادیم. مش بندی از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و تعداد 1748941 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

برای این شبیه سازی، نیاز داریم که سطحی از آب را ایجاد کنیم تا جت اسکی مورد نظر ما برروی آن حرکت نماید. پس باید دو فاز آب و هوا را تعریف کنیم. آب تا یک ارتفاع مشخص وجود داشته باشد و بالای آن هوا قرار بگیرد. از این‌رو، از یک مدل چندفازی (multiphase model) استفاده کردیم. از آنجایی که مرز بین دو فاز کاملاً متمایز و مشخص است و دو سیال در یکدیگر ممزوج نمی‌شوند، از مدل چند فازی حجم سیال (volume of fluid (VOF)) استفاده کردیم.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) فشار و سرعت، بردارهای (vector) سرعت، و کسر حجمی (volume fraction) آب ارائه شده است. کانتورها به خوبی سطح آزاد جریان آب را نشان می‌دهند. آنها همچنین نحوه تقابل یا اندرکنش بین فازهای آب و هوا را در حضور یک جسم شناور نشان می‌دهند.

همان‌طور که از کانتورها مشخص است، جت اسکی شناور تحت تأثیر جریان سیال قرار گرفته و تشکیل یک دنباله جریان در پشت آن قابل مشاهده است.

درواقع، تحت تاثیر جت اسکی، مقداری از جریان آب از سطح متعادل آب پریده است که با توجه به عملکرد جت اسکی‌ها می‌توان قبل از شبیه سازی انتظار داشت.