با گسترش استفاده از نرم افزار های تحلیل به کمک کامپیوتر و یا CAE، در شاخه مکانیک سیالات هم شاهد پیدایش نرم افزار های جدید و مهمی مانند انسیس فلوئنت هستیم. انسیس فلوئنت نام تجاری یک نرم افزار نسبتاً جدید در حوزه تحلیل های مکانیک سیالات و CFD است که در حال حاضر از آن استفاده زیادی در آنالیز های مهندسی می گردد.
در این مقاله قصد داریم با این نرم افزار مهم و معتبر بیشتر آشنا شویم.
CFD چیست؟
دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، شاخه ای از مکانیک سیالات است که از روش ها و الگوریتم های عددی برای حل و تجزیه و تحلیل سیستم هایی که شامل جریان سیال، انتقال حرارت و پدیده هایی نظیر واکنش های شیمیایی سیال هستند بهره می برد.
سیستم های زیادی از سال های دور برای شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی طراحی شده اند. پیچیدگی معادلات حاکم بر مساله، گذرا بودن اغلب مسایل مهندسی، بالا بودن هزینه های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاههای اندازه گیری در بسیاری از کاربردهای علمی از جمله دلایلی هستند که استفاده از روش های تحلیلی و آزمایشگاهی را در مقایسه با روشهای CFD محدود می کند.
سرگذشت پیدایش و گسترش دینامیک محاسباتی سیالات متناسب با تاریخ اختراع، رواج و تکامل کامپیوتر های ارقامی بوده است. تا حدود انتهای جنگ جهانی دوم، بیشتر روش های مربوط به حل مسائل دینامیک سیالات به صورت تجربی بوده است. همچنین بیشتر نوآوری ها و نتایج بر جسته علمی با استفاده از این روش انجام پذیرفته است.
در اغلب موارد، نخستین کار با اهمیت در این رشته را به ریچاردسون نسبت می دهند، که در سال 1910 محاسبات مربوط به نحوه پخش تنش، در یک سد ساخته شده از مصالح ساختمانی را به انجام رسانید. در این کار ریچاردسون از روشی تازه موسوم به رهاسازی برای حل معادله لاپلاس استفاده نمود. او در این شیوه حل عددی، داده های فراهم آمده از مرحله پیشین تکرار را برای تازه سازی تمامی مقادیر مجهول در گام جدید به کار گرفت. در این مقاله در مورد اهمیت نرم افزار انسیس فلوئنت و کاربرد های آن صحبت می شود.
معرفی نرم افزار انسیس فلوئنت
امروزه کدهای محاسباتی مختلفی در زمینه مسائل مربوط به دینامیک سیالات و انتقال حرارت موجود است که در حل مسائل مهندسی از الگوریتم های متنوعی استفاده می کنند. نرم افزار فلوئنت (Fluent) یکی از این نرم افزارها است که از روش عددی حجم محدود در تحلیل مسائل مختلف استفاده می کند و از قابلیت های زیادی در تحلیل مسائل دینامیک سیالات برخوردار است.
یکی از مهمترین این قابلیت ها امکان اضافه کردن برنامه نوشته شده توسط کاربر می باشد که توانایی کاربر را در مدل سازی مسائل پیچیده بالا می برد. این نرم افزار امکان تغییر شبکه به صورت کامل و تحلیل جریان با شبکه های غیر سازمان یافته برای هندسه های پیچیده را فراهم می سازد. نوع شبکه های قابل دریافت توسط این نرم افزار شامل شبکه هایی با المان های مثلثی و چهار ضلعی برای هندسه های دو بعدی و چهاروجهی، شش وجهی و هرمی برای هندسه های سه بعدی می باشد.
همچنین Ansys Fluent برای کاربر امکان بهبود شبکه مانند ریز کردن یا درشت تر کردن شبکه در مرزها و مکان های لازم را فراهم می نماید. این بهینه سازی برای حل مسائل، قابلیتی در اختیار کاربر قرار می دهد که نتایج را در ناحیه هایی که دارای گرادیان های شدید مثل لایه مرزی باشند، به طور دقیق تر محاسبه نماید. این قابلیت ها مدت زمانی را که برای تولید یک شبکه خوب احتیاج می باشد در مقایسه با حل در شبکه های سازمان یافته به صورت قابل ملاحظه ای کاهش می دهد.
مشخصات Ansys Fluent
این نرم افزار با زبان برنامه نویسی C نوشته شده است و از تمامی توان و قابلیت انعطاف این زبان بهره می برد. در نهایت این نرم افزار استفاده از حافظه دینامیک، ساختار مناسب داده ها و اطلاعات و کنترل انعطاف پذیر محاسبات را ممکن می سازد. به علاوه استفاده از ساختار کلاینت و سرور موجب اجرای کارامد برنامه، کنترل سیستم و انعطاف پذیری کامل سیستم عامل می گردد. از آنجا که نرم افزار فلوئنت تنها یک نرم افزار محاسبانی است، لازم است از نرم افزارهای پشتیبانی کننده آن استفاده کرد.
از مهمترین نرم افزارهای پشتیبانی کننده فلوئنت می توان به انسیس، پاتران، نسترن، ای سیم و فیدپ اشاره کرد. نرم افزار های Design Modeler و Ansys Meshing از جمله کاربردی ترین نرم افزار های انسیس هستند که می توانند به راحتی با فلوئنت همگام شده و میدان جریان را حل کنند.
قابلیت های نرم افزار انسیس فلوئنت
Ansys Fluent یک نرم افزار کامپیوتری چند منظوره برای مدل سازی جریان سیال، انتقال حرارت و واکنش شیمیایی در هندسه تعیین شده است. با توجه به محیط مناسب نرم افزار جهت تعریف مساله و شرایط پیچیده، تعریف شرایط مرزی گوناگون و حل مسائل پیچیده شامل تاثیر پدیده های مختلف به کمک این نرم افزار قابل حل می باشد. فلوئنت برای آنالیز و حل مسائل طراحی خاص، روش های شبیه سازی کامپیوتری متفاوتی را به کار می برد. از جمله توانایی های نرم افزار فلوئنت می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- شبیه سازی جریان در هندسه های پیچیده دو بعدی و سه بعدی با به کار بردن محاسبات غیر سازمان یافته و بهینه سازی و حل شبکه
- جریان های تراکم پذیر و تراکم ناپذیر
- تحلیل پایا یا گذرا
- جریان های لزج، آرام و متلاطم
- سیال های نیوتنی و غیر نیوتنی
- انتقال حرارت جابه جایی شامل جابه جایی آزاد یا اجباری
- ترکیب انتقال حرارت جابه جایی و هدایتی و تشعشعی
در همین رابطه ببینید: فیلم آموزش انسیس فلوئنت
- مدل فریم های چرخان یا ساکن و مش های لغزان و مش های متحرک
- واکنش ها و ترکیبات شیمیایی، شامل احتراق و مدل های واکنشی
- افزودن ترم های اختیاری حجمی از گرما، جرم، ممنتوم، اغتشاش و ترکیبات شیمیایی
- محاسبات لاگرانژی برای تغییر فاز از ذرات و قطرات کوچک به حباب ها شامل ترکیبی از همه با فاز یکنواخت
- جریان در محیط متخلخل
- مبدل های حرارتی، فن ها، رادیاتور ها و بازده آن ها
- جریان های دوفازی و چندفازی
- جریان های سطح آزاد با شکل های سطح پیچیده
کاربرد Ansys Fluent در صنعت
نرم افزار انسیس فلوئنت می تواند در بازه بسیار وسیعی از صنایع شامل صنایع هوافضا، توربوماشین های مورد استفاده در تجهیزات فرآیند شیمیایی و پتروشیمی، تولید انرژی و توان، نفت و گاز، کاربردهای محیطی (تغییرات وضع آب و هوا)، صنایع خودرو، مبدل های حرارتی، الکترونیک (نیمه هادی ها و همچنین خنک سازی قطعات الکترونیک)، تهویه مطبوع و تبرید، فرآیند مواد، تحقیقات فضایی و طراحی آرشیتکتی به کار گرفته شود.
بنابراین، نرم افزار فلوئنت یک انتخاب بسیار مناسب برای مدل کردن جریان سیال تراکم پذیر و تراکم ناپذیر در هندسه های پیچیده است. باید توجه کرد که خرید این نرم افزار گاهی بسیار گران تمام شده و به راحتی نمی توان از امکانات آن بهره برد.
هیچ دیدگاهی نوشته نشده است.