بسته آموزشی قاب مرجع چرخان (MRF)، 10 مثال کاربردی برای کاربران متوسط

توضیحات

بسته آموزشی قاب مرجع چرخان (MRF)، 10 مثال کاربردی برای کاربران متوسط

در این بسته آموزشی به شبیه سازی 10 مثال کاربردی برای کاربران مبتدی با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم.

آنچه در این بسته آموزشی خواهید آموخت

توربین فرانسیس

پروژه شماره 1 جریان آب را در داخل یک توربین آبی فرانسیس شبیه سازی می کند. توربین آبی، ماشینی است که انرژی جنبشی حاصل از جریان آب یا انرژی پتانسیل ناشی از اختلاف ارتفاع آب را به حرکت چرخشی تبدیل می کند. توربین های فرانسیس یکی از انواع توربین های آبی هستند که به دلیل قرار گرفتن پره های خود می توانند همزمان از انرژی جنبشی و پتانسیل برای تولید برق استفاده کنند. سپس جریان آب با دبی معینی به پره های رانر توربین منتقل می شود و در نتیجه با چرخش این پره ها توسط جریان آب، کار مورد نظر تولید می شود. در نهایت خروج آب از پره های رانر توربین به صورت محوری خواهد بود.

توربین کاپلان

در پروژه شماره 2 جریان آبی که از روی توربین کاپلان می گذرد بررسی شده است. توربین کاپلان با سرعت 3300 دور در دقیقه می چرخد و آب را به داخل می مکد. مدل RNG k-epsilon برای حل معادلات جریان آشفته مورد استفاده قرار می گیرد. لازم به ذکر است که گزینه MRF (Frame Motion) برای مدل سازی چرخش توربین فعال شده است.

ارزیابی توربین آبی کاپلان

در پروژه شماره 3 به بررسی هیدرودینامیک توربین کاپلان  پرداخته ایم.این هندسه شامل یک توربین کاپلان با اندازه کوچک با 125 [mm] به عنوان نمونه اولیه بود. بخش  استاتیک دامنه محاسباتی ما از یک مستطیل به طول 8 [m] تشکیل شده است، و حوزه چرخشی ما هندسه کاپلان با سرعت زاویه ای 16.5 RPM است. علاوه بر درک فیزیک مربوط به این هندسه، ما همچنین عملکرد توربین کاپلان فعلی را با ارزیابی نیروی پسا بررسی کرده‌ایم.

توربین آبی محور افقی

پروژه شماره 4 جریان آب روی پره های توربین آب محور افقی (HAWT) را بررسی می کند. هدف از این مسئله بررسی توزیع سرعت و فشار بر روی دیواره تیغه است. دو ناحیه در اطراف تیغه ها وجود دارد که شامل یک ناحیه استوانه ای در اطراف تیغه ها و یک ناحیه بزرگ در اطراف استوانه می شود. جریان آب در فضای بیرونی بزرگ مانند یک جریان عادی رفتار می کند، در حالی که در ناحیه استوانه ای اطراف پره ها، جریان چرخشی ناشی از حرکت چرخشی تیغه ها است.

مزرعه بادی با چیدمان سری

پروژه شماره 5 توربین های بادی را با آرایش سری در مزرعه بادی شبیه سازی می کند. در این پروژه چهار توربین بادی به صورت ردیفی در یک حوزه محاسباتی مشخص از یک میدان بزرگ به نام مزرعه بادی (مزرعه توربین) طراحی شده است. به این ترتیب جریان باد شدید در ارتفاعات باعث چرخش پره های توربین می شود و با چرخش محور مرکزی توربین جریان الکتریکی در ژنراتور متصل به بدنه توربین ایجاد می شود. توربین‌های بادی مورد مطالعه در این پروژه، توربین‌های بادی محور افقی (HAWT) هستند. به این معنی که جریان باد محیط به صورت افقی با محور توربین موازی است.

پمپ سانتریفیوژ

پروژه شماره 6 شبیه سازی جریان داخل یک پمپ گریز از مرکز است. پمپ ها به دو دسته اصلی پمپ های دینامیک و پمپ های جابجایی مثبت طبقه بندی می شوند. عملکرد پمپ های گریز از مرکز، فشار سیال را از ورودی به خروجی پمپ افزایش می دهد و باعث حرکت سیال می شود. نیرویی که این فشار را ایجاد می کند توسط یک موتور الکتریکی که پروانه را می چرخاند تامین می شود. در این پروژه پمپ از سه قسمت اصلی تشکیل شده است. تیغه های مرکزی یک بدنه جامد هستند و پوشش اطراف پمپ به عنوان عبور سیال تعریف می شود. یک ناحیه مرکزی مجزا برای بخش سیال تعریف شده است تا بتوان حرکت چرخشی پره های پمپ را روی آن اعمال کرد.

کمپرسور چند مرحله ای با 2 روتور و 2 ردیف استاتور

پروژه شماره 7 مایل یک کمپرسور جریان محوری (روتور ناسا 37) را شبیه سازی خواهد کرد. مدل حاضر شامل پره‌هایی برای یک کمپرسور جریان محوری است که به محور مرکزی در یک ناحیه استوانه‌ای متصل است. روی روتور مرکزی کمپرسور فقط یک ردیف پره های دوار کشیده شده است. این پروژه با هدف بررسی رفتار جریان هوا و توزیع فشار در اطراف پره ها پس از فشرده سازی توسط کمپرسور انجام می شود.

پروانه یه موتور الکتریکی، تجزیه و تحلیل جریان هوا

در این پروژه، جریان حول پروانه یک موتور الکتریکی، شبیه سازی شده است. جریان هوا با سرعت 80 متر بر ثانیه وارد دامنه محاسباتی می شود. پروانه با سرعت1000RPMمی چرخد.از مدل قاب مرجع چرخان (MRF) برای شبیه سازی چرخش استفاده کرده ایم.

مخزن مخلوط کن (میکسر)

در صنعت، اختلاط عملیاتی است که شامل دستکاری مواد ناهمگن با هدف همگن کردن آنها می شود. میکسر صنعتی دستگاهی است که مواد مختلف را با هم ترکیب می‌کند، همگن می‌کند و در یک ماده واحد می‌آمیزد. در پروژه شماره 9 یک مخزن میکسر مدل شده و تاثیر پروانه چرخان آن بر رویه اختلاط بررسی شده است. این شبیه سازی از مدل VOF برای سه فاز هوا، آب و نمک استفاده می کند. مدل k-epsilon برای حل جریان آشفته داخل مخزن استفاده می شود. مدل MRF نیز برای مدل سازی چرخش پروانه استفاده می شود.

انتقال حرارت سیستم هدایت دیسک ترمز

در پروژه شماره 10، هدایت حرارتی یک سیستم دیسک ترمز مدل سازی و شبیه سازی شده است. دیسک با سرعت 20 راد بر ثانیه می چرخد و لنت ترمز برای تماس با دیسک تنظیم شده است. این تماس اصطکاکی باعث تولید گرما در داخل دیسک و پد می شود. گرمای تولید شده در ناحیه تماس بر اساس فرمول رسانش گرما پراکنده خواهد شد. مدل انرژی و لامینار فعال می شود. همچنین مدل MRF (حرکت فریم) برای مدل سازی حرکت چرخشی دیسک فعال می شود. یک UDF برای محاسبه شار حرارتی شعاعی اجرا شده است.