مقدمه‌ای بر مدلسازی احتراق در نرم‌افزار Fluent

نویسنده admin 1396/06/11 0 نظر مطالب,

مقدمه‌ای بر مدلسازی احتراق در نرم‌افزار Fluent

در مقالات آموزشی گذشته به آموزش مقدماتی و نحوه نصب نرم افزار Fluent پرداخته شد و ذکر گردید که در مقطع کارشناسی ارشد یکی از مهم ترین نرم افزار های مهندسی در رشته مهندسی مکانیک نرم افزار فلوینت می باشد که بسیاری از دانجشویان کارشناسی ارشد با استفاده از نرم افزار Fluent اقدام به ارایه مقالات علمی و پژوهشی , پایان نامه کارشناسی ارشد و انجام پروژه های صنعتی می پردازند به همین دلیل در این مقاله آموزشی به مقدمه ای بر مدل سازی احتراق در نرم افزار Fleunt پرداخته می شود . میزان کاربرد سیستم‌های احتراقی در صنایع مختلف نظیر نفت، گاز ، پتروشیمی ، تواید نیرو و هوافضا به سرعت در حال افزایش است .

با توسعه سریع امکانات سخت‌افزاری ، امروزه محاسبات عددی همتراز با تئوری‌ها و آزمایشات تجربی ابزار تحقیقاتی مفیدی در جهت توسعه دانش احتراق محسوب می‌شود . در این میان ، ديناميك سيالات محاسباتی ، به طور مؤثری در جهت طراحی سیستم‌های احتراقی به کار گرفته شده است به گونه‌ای که امروزه بدون استفاده از آن امکان توسعه طرح‌های جدید غیر ممکن شده است . در اواخر سال ۱۹۷۰ توانايي آناليز ديناميك سيالات محاسباتي و كاربرد آن در فرايند طراحي براي اولين بار آشكار شد . يكي از برنامه هاي تجاري كه تاثير مهم و بارزی در آناليز محفظه احتراق و طراحي آن داشت ، نرم‌افزار فلوينت بود كه در اواسط۱۹۸۰ توسعه یافت . در اینجا قصد داریم تا برخی از ویژگیهای مدلسازی فرآیند احتراق را با نرم‌افزار Fluent‌ بررسی کنیم .

تمامی مسائل احتراق آشفته شامل سه پدیده آشفتگی ، واکنش‌های احتراقی و تابش می‌باشندکه همین امر مدلسازی رفتار آنها را بسیار مشکل می‌کند . براي حل جريان آشفته واكنشي داخل محفظه احتراق نياز به تنظيم و حل معادلاتي در مورد هر يك از فرآيندهايي كه در آن رخ می‌دهد ، داريم . معادلات جريان آشفته واكنشي در حالت پايا و غير قابل تراكم ، توسط معادلات فاور (معادلات پیوستگی ، مومنتوم ، انرژی و بقای گونه‌ها) تنظيم می‌شود . در نرم‌افزار فلوینت ، انواع روش‌های گسسته‌سازی ( بالادست مرتبه اول ، بالادست مرتبه دوم ، کوییک ، توان نمایی و ... ) قابل اعمال است . همچنین ، انواع روش‌ّهای کوپلینگ سرعت و فشار سیمپل ، سیمپل سی ، پیزو و ...) در نرم افزار Fluent‌ پیش‌بینی شده است .

در فرآيندهای احتراقی ، آشفتگی جریان جزء ارکان ضروری به حساب می‌آید ؛ چرا که بر اثر آشفتگی جریان ، اختلاط هر چه بیشتر سوخت و اکسیدکننده در محفظه احتراق صورت می‌گیرد و این امر منجر به استفاده حداکثری از انرژی موجود در سوخت می‌شود . نرم افزار فلوینت با بهره‌گیری از دیدگاه‌های آشفتگی مختلف RANS,LES و DNS و مدل‌های توربولانسی گوناگون k-ε، k-ω، RNG، Realizable و ... قابلیت مدلسازی جریان‌های آشفته واکنشی را دارد .

فرآيند احتراق را از ديدگاه سينتيكي مي توان به سه نوع كلي پيش آميخته ، غير پيش آميخته و جزئي پيش آميخته تقسيم‌بندي كرد . نرم‌افزار فلوئنت قابلیت شبیه‌سازی این سه دیدگاه را مطابق شکل زیر دارا می‌باشد .

آنچه که مدلسازی فرآیندهای احتراقی را از مدلسازی دیگر فرآیندهای جریان سیال آشفته متمایز می‌کند ، پدیده تقابل آشفتگی با شیمی واکنش می‌باشد که فقط در فرآیندهای احتراقی رخ می‌دهد . برای مدلسازی این پدیده تاکنون روش‌های زیادی ارائه شده است که اکثر آنها در نرم‌افزار فلوینت نیز موجود هستند .شکل زیر نحوه تعریف واکنش شیمیایی تک مرحله‌ای سوختن متان را در نرم‌افزار فلوئنت نشان می‌دهد .

پیش‌بینی تشکیل اکسیدهای نیتروژن (NOX) به طوری که امروزه در کشورهای پیشرفته ، استانداردهای سخت‌گیرانه‌ای برای کاهش این آلاینده در صنایع تولیدکننده آن که در واقع مصرف‌کننده سوخت‌های فسیلی هستند وضع شده است . این آلاینده از طریق‌ مسیرهای واکنشی متنوعی تشکیل می‌شود (اکسید نیتروژن حرارتی، اکسید نیتروژن فوری، اکسید نیتروژن سوخت و ...). تمامی این مسیرها در نرم افزار Fleunt پیش‌بینی شده است و کاربر قادر است تا مطابق شکل زیر از آنها استفاده نماید .

نرم افزار Fluent یه دلیل اهمیت و کاربردی که در رشته مهندسی مکانیک گرایش سیالات دارد یکی از مهم ترین نرم افزار ها در رشته مهندسی مکانیک می باشد که داشنجویان کارشناسی ارشد با فراگیری نرم افزار فلوینت می توانند به راحتی به ارایه مقاله های علمی و پژوهشی , پایان نامه های کارشناسی ارشد و پروژه های صنعتی بپردازند . برای آشنایی با نحوه نصب نرم افزار فلوینت می توانید بر روی نرم افزار Fluent کلیک نمایید تا به مقاله مورد نظر هدایت شوید . هم چنین برای خرید و دانلود محصولات مربوط به احتراف در نرم افزار فلوینت می توانید بر روی احتراق کلیک نمایید تا به صفحه محصولات مربوطه هدایت شوید .