نازل همگرا (تحلیل دو بعدی)

آموزشدر مطلب قبلی به تحلیل عددی آیزنتروپیک درون یک نازل همگرا پرداختیم. این نوع تحلیل معروف به تحلیل صفر بعدی یا یک بعدی است زیرا مشخصات جریان فقط در یک بعد (راستای محوری نازل) بدست می آید. برای تحلیلی دقیقتر از جریان درون نازل می توان توسط شبکه بندی میدان درون نازل، به صورت دو بعدی و دقیق تر پارامترهای مهم جریان را محاسبه کرد.

 در اینجا قصد داریم مقدماتی درباره تحلیل دوبعدی در نازل همگرا ارائه دهیم. در ادامه به اختصار مراحل کار شرح داده می شود:

فیزیک جریان

در ابتدای کار باید فیزیک جریان را شناخت. در یک نازل همگرا، جریان به صورت متقارن محوری عبور می کند. افت لایه مرزی وجود و جریان به صورت دوبعدی می باشد. در گلوگاه نازل یعنی صفحه انتهایی آن انتظار داریم که سرعت صوتی یا نزدیک به صوت باشد. این انتظار از اینجا ناشی می شود که مشخصات ورودی نازل از قبیل فشار و دمای کل به قدری هستند که این مهم را برآورده کنند.  همچنین فرض هایی که در مسئله لحاظ می شود اهمیت دارند. مثلا گاز از نوع ایده آل است و رژیم جریان، پایا (Steady) است. با شناخت این مسائل می توانیم تحلیل نرم افزاری خود را با گمبیت و فلوئنت شروع کنیم.

ورودی ها: Po فشار کل ،Viscosity   لزجت گاز ،To   دمای کل ،Cp  حرارت ویژه گاز ،Mw جرم مولی

هندسه نازل: برای مدل کردن نازل باید پروفیل آن مشخص باشد. این کار هم می تواند در نرم افزار گمبیت انجام شود و هم اینکه در یک نرم افزار مدل سازی مثل سالید ورد، مدل شود. با توجه به متقارن محوری بودن جریان، می توان نازل را به صورت دو بعدی و فقط نیمی از آن را مدل کرد. مثل مثال زیر که یک پروفیل بیضوی در نازل به کار رفته است:

مش لایه مرزی: پس از ایجاد هندسه، ابتدا به سراغ مش لایه مرزی رفته و آن را تولید می کنیم. زیرا قصد داریم در تحلیل فلوئنت، جریان لزج با افت‌های احتمالی را مدل کنیم. این مرحله از مش ارتباط مستقیمی با کارایی مدل توربولانسی (+Y) در فلوئنت دارد.

مش میدان نازل: مش درون نازل، با توجه به نکات مربوطه به صورت باسازمان (structure mesh) زده خواهد شد. این نوع شبکه بندی در همگرایی جواب ها کمک شایانی خواهد کرد.

تعریف شرایط مرزی: در مرحله آخر باید شرایط مرزی و نوع آن را در گمبیت مشخص کرد، اگرچه بعدا می توان نوع شرایط مرزی را در فلوئنت تغییر داد. ولی این مرحله قبل از ورود به فلوئنت الزامی است.

بررسی کیفیت مش و استخراج فایل آن: فرد متخصص در زمینه تحلیل عددی، باید در پایان تولید مش، کیفیت میدان مش خود را بررسی کند. برای اطلاع از صحت و کیفیت مش، هم در نرم افزار گمبیت و هم در نرم افزار فلوئنت ابزار لازم دیده شده است. بعد از اطمینان از کیفیت مش می توانید فایل با فرمت mesh. را استخراج کنید تا در فلوئنت فراخوانی شود.

فراخوانی فایل مش به فلوئنت: در این مرحله ابتدا فایل مش فراخوانی شده و سپس مشخصات حل، شرایط مرزی، شرایط محیطی و روش حل مشخص می شود. همانطور که در قسمت فیزیک جریان گفته شد، لازم است که قبل از تحلیل نرم افزاری مسئله با مشخصات و فیزیک جریان آشنا شد. این آشنایی اینجا بدرد میخورد زیرا اگر جریان درست فهم نشده باشد، تنظیماتی که در فلوئنت وارد می کنید، اشتباه و گاهی ناممکن خواهد بود. پس از فراخوانی فایل مش باید آن را در فلوئنت چک کرده و شرایط مرزی را در قسمت boundary condition به صورت دقیق با ورود فشار و دما برای ورودی و خروجی نازل و تعریف دیواره، تعیین کنید. نوع گاز و مشخصات آن در قسمت material تعیین خواهد شد و سایر تنظیمات مربوطه…

شروع فرایند حل: در این مرحله فرایند تکرار برای حل مسئله و همگرایی شروع می شود. میزان همگرایی بستگی به دقت تحلیل گر دارد. فرایند همگرایی بدین صورت نیست که برای یک بار همگرا شدن، به پاسخ رسیده ایم. بلکه در طی فرایند حل باید نکات و پارامترهایی چک شوند و محدوده آنها را کنترل کرد تا جواب قابل اطمینان باشد. چه بسا همگرا شدن هایی که پاسخ درستی در آنها نیست!

استخراج و تحلیل نتایج: در پایان حل، باید نتایج مسئله، از طریق رسم کانتورها، نمودارها  و مقادیری که برای تحلیل گر مهم هستند بررسی گردد. نتایجی که از این تحلیل برای ما مهم است، نمودار تغییرات دما و فشار استاتیک گاز و سرعت ماخ در طول نازل می باشد. همچنین مقدار دبی جرمی، سرعت و فشار خروجی و تراست تولیدی توسط این نازل بررسی می گردد.

مطالبی که در بالا گفته شد، به اختصار روند تحلیل یک نازل همگرا، در نرم افزار گمبیت و فلوئنت بود. برای نمونه یک مثال کامل از مسئله فوق انجام شده است که می توانید از اینجا دریافت کنید.

7 دیدگاه درباره “نازل همگرا (تحلیل دو بعدی)

  1. Reza

    سلام و روز بخیر
    مبحث بسیار زیبایی هستش ( تحلیل ها) ، فقط اینکه لازم هست تا حدی توضیحات بیشتر باشه، تا حیطه علمی تری به خودش بگیره ، ولی در کل خوب بود.
    و اینکه فرمودید باید فیزیک جریان رو شناخت، کاملا حق با شماست، این موضوع بسیار حایز اهمیته

    پاسخ
  2. رضا

    سلام.
    من الان میخوام زبان سی پلاس پلاس رو توی یه محیطی برنامه نویسی کنم مثلا هرچی ویژوال سی پلاس پلاس رو دانلود می کنم .بخش اجرایی نداره لطفا کمکم کنید.

    پاسخ
    • admin نویسنده پست

      در سایت این توضیحات وجود داره دوست عزیز از اونها استفاده کنید و از رزومه اساتید دانشگاه کمک بگیرید… هرکس با توجه به علاقه نیازهای خاص دارد

      پاسخ

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *