دانلود پایان نامه
فرمول بندی: در هر دو حالت دو بعدی و سه بعدی از فرمول بندی Implicit استفاده شده است.
الگوریتم حل: در حالت دو بعدی از الگوریتم Coupled و در حالت سه بعدی از الگوریتم Segregated استفاده شده است.
روش مجزا سازی معادلات: در حالت دو بعدی از روش Standard جهت مجزا سازی ترم فشار و از روش Second Order Upwind جهت مجزا سازی ترمهای مومنتوم، و در حالت سه بعدی از روش PRESTO جهت مجزا سازی ترم فشار و از روش First Order Upwind جهت مجزا سازی ترمهای مومنتوم استفاده شده است.
لازم به ذکر است که الگوریتم Segregated شامل چهار روش مختلف میباشد که در این تحقیق در حالت سه بعدی از روش SIMPLE این الگوریتم استفاده شده است. همچنین مقادیر زیر تخفیف که مدل عددی برای کنترل تجدید مقادیر محاسبه شده متغیرها در هر تکرار استفاده مینماید، مابین 2/0 تا 5/0 که جهت مدلسازی جریان در کانالها و سازههای هیدرولیکی تحت فشار مناسب میباشند، انتخاب شدهاند.
تحلیل حساسیت
حساسیت مدلهای عددی به هندسه مدل، شبکهبندی، شرایط مرزی و شرایط اولیه همواره یکی از مسائل مهم در مدلسازی عددی بوده است. تولید شبکه یکی از مهمترین بخشهای حل عددی محسوب میشود که در دقت حل عددی بسیار تاثیرگذار است در همین زمینه الگوهای متفاوتی در زمینه شبکه بندی در مدلهای مختلف عددی ارائه شدهاند که هرکدام دارای نقاط قوت و ضعف میباشند.
در نرمافزار Fluent نیز برای هر چه نزدیکتر کردن نتایج مدلسازی عددی به مدل هیدرولیکی بایستی از روش سعی و خطا استفاده کرد به طوری که با به کار بردن شبکه بندیهای مختلف در مدل عددی و مقایسه نتایج خروجی از نرمافزار با نتایج مدل آزمایشگاهی مناسبترین هندسه و شبکه بندی را انتخاب کرد.
در این تحقیق از سلولهای محاسباتی با اندازه m 002/0 تا m 007/0 استفاده شده است. تحلیل حساسیت مدل عددی نسبت به اندازهی مشها صورت پذیرفت و مشخص گردید که در حالت دو بعدی و سه بعدی به کارگیری شبکه بندی با ابعاد سلولی کوچکتر از شبکه ایجاد شده با اندازه سلول محاسباتی m 003/0 و m 004/0، تاثیر چندانی بر دقت محاسبات ندارد. تحلیل حساسیت جهت تعیین تعداد سلولهای نزدیک جداره نیز در حالت دو بعدی و سه بعدی صورت گرفت و مشخص شد که جهت تطابق بهتر نتایج مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی میبایست 12 سلول نزدیک جداره ریز شوند. همچنین در مدل عددی، برای طول داکت در بالادست رمپ اندازههای متفاوتی در نظر گرفته شد و با انجام تحلیل حساسیت، مشخص شد که طول m 1 برای داکت در بالادست رمپ جهت توسعه یافتن کامل جریان قبل از رسیدن به محل رمپ، کافی میباشد.
فصل چهارم
نتایج تحلیل عددی جریان
بدون هوادهی
نتایج تحلیل عددی جریان – بدون هوادهی
مقدمه
نتایج مطالعات محققین مختلف بر روی پدیده کاویتاسیون، هوادهی به جریان را یکی از موثرترین روشها جهت پیشگیری از وقوع این پدیده و کاهش خسارات ناشی از آن، عنوان میکند. فلذا برای مطالعه تاثیر هوادهی بر روی ساختار جریان، ابتدا درک مشخصههای جریان در وضعیت بدون هوادهی لازم بوده که در این فصل به آن پرداخته خواهد شد. جهت صحت سنجی نتایج مدل عددی این تحقیق از نتایج مدل آزمایشگاهی موجود در دانشگاه UMIST منچستر استفاده شد. در این فصل بعد از صحت سنجی نتایج مدل عددی، دامنه مطالعاتی گسترش یافته و تاثیر هندسه رمپ بر پارامترهای جریان و پروفیلهای سرعت و فشار در حالت بدون هوادهی مورد بررسی قرار گرفته است.
صحت سنجی نتایج حاصل از مدل عددی
اولین گام در یک مدل عددی جهت استخراج نتایج، کالیبره کردن مدل میباشد. بدین معنی که تاثیرات عوامل خارجی به حداقل رسیده و شرایط مدل عددی به شرایط مدل آزمایشگاهی یا واقعی نزدیکتر گردد. برای این که از اعتبار محاسبات مدل عددی اطمینان حاصل کنیم و بتوانیم از این نتایج استفاده کنیم باید نتایج حاصل از مدل عددی با نتایج عملی و آزمایشگاهی مطابقت داده شود و اگر خطا در حد قابل قبولی باشد میتوان از نتایج مدل عددی استفاده کرد. در این تحقیق کالیبره کردن مدل عددی از لحاظ شرایط مرزی، هندسه مدل و مش بندی میباشد. پس از لحاظ کردن شرایط مختلف، نتایج حاصل از مدل عددی با نتایج موجود مدل آزمایشگاهی مقایسه شده و در صورت وجود اختلاف معقول، مدل کالیبره شده محسوب شده و میتوان از نتایج آن استفاده کرد. پارامترهایی که جهت کالیبره کردن مدل عددی استفاده شدهاند عبارتند از: طول اتصال مجدد، ضرایب فشار و پروفیلهای سرعت که در ادامه به بررسی هر کدام در حالت دو بعدی پرداخته میشود.
طول اتصال مجدد
در شکل (4-1) جریان عبوری تحت فشار از روی یک رمپ تعبیه شده در داخل یک داکت به صورت شماتیکی نمایش داده شده است. بلافاصله در پاییندست رمپ، جریان عبوری به نواحی مختلفی تقسیم میشود که شامل ناحیهی چرخش، ناحیه اصلی جریان در بالای لایه برشی و ناحیهی اتصال مجدد میباشد. در ناحیه چرخش سرعت در جهت جریان در نزدیکی کف مقادیر منفی (به طرف بالادست) داشته و پارامتر طول اتصال مجدد (La) نیز که در شکل نشان داده شده است، برابر فاصلهی مقطع انتهایی رمپ تا انتهای ناحیه چرخش (نقطه اتصال مجدد) میباشد. (Manafpour, 2004) در انتهای ناحیه چرخش، سرعت در جهت جریان برابر صفر بوده و به همین دلیل تنش برشی وارد بر کف داکت نیز در این منطقه معادل صفر میباشد لذا دو روش عمومی که در محاسبه طول اتصال مجدد مورد استفاده قرار میگیرد، عبارتند از:
1) تعیین موقعیت تنش برشی صفر در کف داکت
2) رسم تغییرات سرعت در جهت جریان در نزدیکی کف داکت (Haque et al., 2007)
شکل ‏41- جریان عبوری از روی رمپ تعبیه شده در داخل داکت (Manafpour, 2004)
در این تحقیق به علت سهولت استفاده و دقت بالاتر، روش دوم جهت تعیین طول اتصال مجدد به کار رفته است. نحوه استفاده از این تکنیک که در شکل (4-2) نشان داده شده است بدین صورت بوده که پروفیل طولی سرعت در جهت جریان به فاصله مشخصی از کف داکت رسم شده و فاصله بین دو نقطه از نمودار که در آنها مقدار سرعت صفر میباشد به عنوان طول اتصال مجدد در نظر گرفته میشود. دقیقترین برآورد طول اتصال مجدد بر اساس پروفیل طولی سرعت در جهت جریان در فاصله mm 1 از کف داکت به دست آمده است. در شکل (4-2) مبدا مختصات در ابتدای داکت قرار داشته و X و tr به ترتیب فاصله از مبدا مختصات و ارتفاع رمپ میباشند. جهت بررسی بهتر نمودارها، همه نتایج بیبعد شده اند.