-
سبد خرید شما خالی است!
در مقالات آموزشی گذشته تحت عنوان های قابلیت های نرم افزار OpenFoam , روش های مختلف تولید شبکه در نرم افزار OpenFoam , آموزش نصب نرم افزار OpenFoam و مدل سازی توربو ماشین ها در نرم افزار OpenFoam به آموزش و آشنایی با نرم افزار و قابلیت های نرم افزار openFoam پرداخته شد . حال در این مقاله آموزشی به مقدمه ای بر مدل سازی جریان های چند سازی در نرم افزار openFoam می پردازیم .
نرم افزار OpenFoam یکی از مهم ترین نرم افزارهای مهندسی در رشته مهندسی مکانیک می باشد که در ارایه بسیاری از مقالات علمی و پژوهشی , پایان نامه های کارشناسی ارشد و پروژه های صنعتی کاربرد دارد . در ادامه به مقدمهای بر مدلسازی جریانهای چند فازی در نرم افزار OpenFOAM می پردازیم .
مدلسازی جریانّهای چند فاز با استفاده از سه دیدگاه انجام میگیرد .
- دیدگاه حجم سیال (VOF):
روش VOF برای حل سیستمهای چند فازی شامل دو یا چند سیال غیر قابل امتزاج استفاده میشود که بررسی موقعیت فصل مشترک آنها مورد نظر میباشد . با استفاده از این مدل میتوان مسائلی مانند Dam Break وJet Breakup را تحلیل نمود . در این روش ردیابی فصل مشترک توسط دو روش SLIC و PLIC صورت میگیرد . در روش SLIC که به روش اهدا کننده- پذیرنده معروف است ، یک سلول محاسباتی به عنوان دهنده مقداری از سیال یک فاز شناخته میشود و سلول مجاور به عنوان گیرنده تعیین میشود . مقدار نفوذ با توجه به مقدار سیالی که در سلول دهنده قرار دارد یا مقدار فضای خالی که در سلول پذیرنده وجود دارد محدود میشود . در روش PLIC فصل مشترک فاز در هر حجم کنترل با پارهخطهایی تقریب زده میشود که شیب آنها با استفاده از بردار نرمال فصل مشترک محاسبه میشود . این بردار نرمال از گرادیان کسر حجمی به دست میآید .
- دیدگاه اویلرین-لاگرانژین (Eulerian-Lagrangian) (EL):
در روش EL فاز پیوسته از دیدگاه اویلرین و فاز پراکنده (حرکت و ردیابی ذرات) از دیدگاه لاگرانژین مدل میشود . مقادیر متوسط به دست آمده از پراکندگی ذرات برای اطلاعات مورد نیاز فاز پیوسته استفاده میشود . این روش برای جریانهای دو فاز با کمتر از ۱۰ درصد حجمی فاز پراکنده مناسب میباشد .
- دیدگاه اویلرین-اویلرین (Eulerian- Eulerian) (EL):
این مدل به مدل جریان دانهای نیز (GFM) معروف است . از این روش برای سیستمهای صنعتی با میلیاردها ذره جامد استفاده میشود که مقدار فاز پراکنده بیش از ۱۰ درصد میباشد . این دیدگاه هر دو فاز پیوسته و پراکنده را به صورت فاز پیوسته در نظر میگیرد . با این روش میتوان سیستمهای بستر سیال و ستون حبابی را مدل نمود . در این دیدگاه نیروی بین ذرات به عنوان ترم چشمه به معادلات بقا اضافه میشود . مانند فشار جامد که در معادله مومنتوم یا در ترم ویسکوزیته اعمال میگردد .
استراتژی تحلیل مسائل جریان چند فاز در نرمافزار اپن فوم :
در نرمافزار اپن فوم برای تحلیل مسائل جریان چند فاز ، حلگرهای (solvers) متنوعی پیشبینی شده است . انتخاب حلگر مناسب ، ابتداییترین و مهمترین بخش شبیهسازی در نرم افزار اپن فوم میباشد . در جدول زیر تعدادی از حلگرهای موجود در نرم افزار اپن فوم نشان داده شده است :
interFoam |
حل جریان دو فاز غیر قابل تراکم، همدما و مخلوطنشدنی با روش پیگیری سطح حجم سیال VOF (روش یک سیال) |
bubbleFoam |
حل جریان دو فاز به روش دو سیال (EL) مناسب برای جریان پراکنده حباب (dispersed) |
twoPhaseEulerFoam |
حل جریان دو فاز غیر قابل تراکم از روش دو سیال. در این روش یکی از فازها به صورت فاز پراکنده در فاز دیگر در نظر گرفته میشود. |
settlingFoam |
حل جریان دو فاز غیر قابل تراکم برای مدلسازی تهنشین شدن فاز پراکنده (dispersed) |
cavitatingFoam |
حل گذرای فرآیند کاویتاسیون بر اساس معادله حالت فشار ثابت |
در اینجا به طور خلاصه فایلهایی را که بایستی در حلگر interFoam تنظیم شوند مورد بررسی قرار میدهیم . پس از رسم شکل و تولید دامنه محاسباتی در ابزارهای تولید شبکه (gambit، blockMesh و ...)، بایستی شرایط مرزی را در پوشه صفر تنظیم نماییم . علاوه بر ترم سرعت (U) که تقریباً برای مسائل نیاز به تنظیم آن میباشد ، مقادیر فایلهای p-rgh و alpha1 نیز بایستی به نرم افزار OpenFoam معرفی شوند . فایل p-rgh مربوط به فشار منهای فشار هیدرواستاتیکی است . در رابطه با فایل alpha1 باید گفت که حلگر interFoam برای نمایش دو فاز از روش VOF استفاده میکند و در این روش دو فاز بایستی با یک تابع اسکالر مشخص شوند که مقدار این تابع در یکی از فازها یک و در فاز دیگر صفر است و به صورت زیر تعریف میشود :
مقدار alpha1 در سلولهایی که سطح مشترک بین دو فاز از آنها عبور میکند ، بین صفر و یک است . تنظیمات سایر فایلها مانند تعیین گام زمانی (controlDict)، روش گسستهسازی عددی (fvSchemes)، و روش حل دستگاههای معادلات (fvSlution)، بایستی همانند سایر مسائل شبیهسازی اپن فوم ، انجام گیرد . شکل زیر نمونهای از نتایج به دست آمده از شبیهسازی یک مسأله جریان دو فازی (حرکت حباب در استوانه ) را نشان میدهد .