شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت – سوپر کاویتاسیون در فلوئنت

شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت یکی از توانایی های جذاب این نرم افزار بوده که مورد علاقه صنعتگران و پژوهشگرانی زیادی می­ باشد.  در این ورک شاپ ما به بررسی چگونگی ایجاد کاویتاسیون ، سوپر کاویتاسیون و نحوه شبیه سازی کاویتاسیون در فلوئنت  با استفاده از مقالات معتبر علمی می ­پردازیم.

آموزش شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت

در این ورک شاپ ابتدا به معرفی پدیده کاویتاسیون پرداخته شده و سپس در مورد انتخاب حلگرهای مناسب برای مسائل مختلف ، توضیحات کاملی بیان گردیده است. و همچنین انواع روش های شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت و پارامترهای تاثیر گذار برروی همگرایی شبیه سازی بررسی شده است. لازم به ذکر است این ورک شاپ شامل حدود ۳ ساعت ویدئو آموزشی است.

شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت ( Cavitation in Ansys Fluent)

نکته  تفاوت ورک شاپ با دوره های آموزشی : در دوره های ارائه شده در سایت هدف ، آموزش کامل یک ماژول یا محیط در انسیس فلوئنت می باشد که معمولا نیازمند ساعات آموزشی زیادی است. ولی در ورک شاپ های آموزشی ما سعی می کنیم یک موضوع تخصصی را به طور کامل بررسی کنیم و تمام الگوریتم ها و روش های شبیه سازی این موضوع خاص را مورد بررسی قرار دهیم. مثل  ورک شاپ شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت که شامل سه ساعت فیلم آموزشی با بررسی انواع کاویتاسیون و روش های شبیه سازی کاویتاسیون در فلوئنت می باشد.

آنچه در ورک شاپ شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت خواهیم آموخت:

  • نحوه استخراج ابعاد گزارش نشده در هندسه های مقالات
  • نحوه شبکه بندی سازمان یافته
  • انتخاب روش چند فازی مناسب برای شبیه سازی کاویتاسیون در فلوئنت
  • نحوه اعمال شرایط مرزی
  • مقایسه نتایج گزارش شده با شبیه سازی انجام شده
  • بدست آوردن عدد کاویتاسیون
  • عوامل تشدید کاویتاسیون در واتر جت ها

سرفصل­های تدریس شده در ورک شاپ شبیه سازی کاویتاسیون در فلوئنت:

این ورک شاپ شامل شبیه سازی موارد زیر می باشد :

  1. ۱- شبیه سازی عددی پدیده کاویتاسیون در واتر جت ها
  2. ۲- بررسی و شبیه سازی سوپر کاویتاسیون بر روی کاویتاتور
  3. ۳- بررسی و شبیه سازی کاویتاسیون برروی پمپ های سانتریفیوژ

سوپر کاویتاسیون در انسیس فلوئنت

اما یک سوال اساسی این است که آیا کاویتاسیون همیشه موجب خرابی می شود؟ آیا این پدیده سیاه مطلق است ؟ پاسخ به این سوال در بخش بعدی ورک شاپ داده می­شود. یکی از استفاده های کاویتاسوین در بخش نظامی است که با استفاده از ایجاد حباب اطراف اژدرها موجب افزایش چشمگیر سرعت آن ها می­ شود.

شبیه سازی سوپرکاویتاسیون در انسیس فلوئنت

در این ورک شاپ همچنین به بررسی سوپر کاویتاسیون ها می پردازیم و با نحوه شبیه سازی آن ها آشنا می شویم. که شمال مراحل زیر می باشد:

  • مدل سازی کاویتاتور
  • شبکه بندی کاویتاور به صورت سازمان یافته
  • انتخاب حلگر مناسب برای همگرایی این دسته از مسائل
  • بررسی نتایج شبیه سازی
  • مقایسه طول کاویتاسیون در سرعت های متفاوت
  • استفاده از تک پلات و نحوه بدست آوردن عدد کاویتاسیون
شبیه سازی کاویتاسیون در پمپ های سانتریفیوژ

شبیه سازی کاویتاسیون در پمپ ها در انسیس فلوئنت

در بخش بعدی آموزش به سراغ روش بررسی کاویتاسوین در پمپ های سانتریفیوژ می رویم. یکی از مشکلاتی که در پمپ ها مشاهده می شود ایجاد کاویتاسیون در قسمت impeller  ها می باشد. در این بخش به شبیه سازی کاویتاسیون در پمپ ها با انسیس فلوئنت پرداخته می شود.

  • طراحی یک پمپ با استفاده از Bladegen در انسیس ورک بنچ
  • شبکه بندی پمپ به صورت پریودیک در انسیس مشینگ
  • استفاده از روش SRF برای شبیه سازی پمپ های سانتریفیوژ
  • بررسی نتایج

البته با توجه به گستردگی مطالب این حوزه حتما به مرور اپدیت هایی نیز در آموزش ها صورت می گیرد و تحویل دانشجویان عزیز خواهد گردید.

معرفی پدیده کاویتاسیون

قبل از این که به آموزش شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت بپردازیم مروری برروی تاریخچه این پدیده خواهیم داشت. نیوتن اولین فردی بود که بطور تصادفی در سال ۱۷۵۴ در حین آزمایش عدسی های محدب به پدیده کاویتاسیون و تشکیل حباب در مایعات برخورد کرد ولی نتوانست علت آن را شناسایی کند. او مشاهدات خود را چنین بیان کرده است:

“در مایع بین عدسیها، حبابهایی به شکل هوا بوجود آمده و رنگهایی شبیه به هم تولید کرده که این حبابها نمی‎تواند از جنس هوا باشد زیرا مایع قبلاً هوا زدایی شده است.”

نیوتن تشخیص داد که این عمل نتیجه بیرون آمدن هوا در اثر کاهش فشار است و حبابها دوباره نمی‎توانند در مایع حل شوند و در نتیجه پدیده کاویتاسیون را باعث خواهند شد.
مهندسان کشتی‎سازی در قرن نوزدهم به شکل عجیبی برخورد کردند. آن این بود که پیچهای توربین ها که با آب دریا در تماس بودند بعد از مدتی باز می‎شدند، آنها نتوانستند هیچ دلیل قانع کننده‎ای  برای این عمل پیدا کنند.

شبیه سازی سوپر کاویتاسیون در انسیس فلوئنت

سوپرکاویتاسیون اطراف اژدر شلیک شده از زیر دریایی

تعریف و اساس فرآیند کاویتاسیون

به تشکیل و فعالیت حباب در مایع کاویتاسیون گویند. وقتی مایع در فشار ثابت، به اندازه کافی گرم شود یا هنگامی که در دمای ثابت، متوسط فشار استاتیکی یا دینامیکی‎اش به اندازه کافی کاهش یابد، حبابهایی از بخار و یا گاز بخار تشکیل می‎شود. بطوری که حتی با چشم هم گاهی اوقات قابل مشاهده است. با کاهش فشار یا افزایش دما، اگر حباب تنها شامل گاز باشد ممکن است با نفوذ گازهای غیرمحلول ازمایع به حباب، منبسط شود.

ولی اگر حباب بیشتر از بخار پر شده باشد، اگر به اندازه کافی کاهش فشار محیط دردمای ثابت صورت بگیرد، یک انفجار تبخیری از سمت داخل حباب اتفاق می‎افتد که به این پدیده کاویتاسیون می‎گویند. در حالی که برای حباب پر شده از بخار، بالا رفتن دما باعث رشد پیوسته آن خواهد شد که آن را جوشش می‎نامند.

برای مشاهده دوره آموزش جریان های چندفازی کلیک کنید

رشد حبابها در اثر نفوذ گاز به نام ‎Degassing معروف است. اگر که این رشد به علت کاهش فشار دینامیکی باشد آن را کاویتاسیون گازی می‎نامند. می‎توان کاویتاسیون را بر حسب رشد حباب به چهار دسته کلی زیر تقسیم کرد:

  1. ۱- کاویتاسیون گازی ‎(gaseous cavitation): حباب محتوی گاز که به دلیل افزایش دما یا کاهش فشار رشد یافته است.
  2. ۲- ‎کاویتاسیون تبخیری ‎(vaporous cavitation): حباب پر شده از بخار که سبب رشد آن کاهش فشار است.
  3. ۳- گاز زدایی ‎(Degassing): حباب محتوی گاز که سبب رشد آن نفوذ گازهای غیرمحلول در مایع است.
  4. ۴- جوشش ‎(boiling): حباب محتوی بخار که علت رشد آن بالا رفتن دما به قدری کافی است.
اثرها و اهمیت کاویتاسیون

کاویتاسیون به دلیل آثاری که می‎تواند داشته باشد توجه بسیار زیادی را در صنعت امروز به خود اختصاص داده است. آثاری را که کاویتاسیون می‎تواند به وجود بیاورد عبارتند از:

  1. ۱- اثرهایی که هیدرودینامیک سیال را تغییر دهد.
  2. ۲- اثرهایی که بر روی سطح مرزی سیال با دیواره جامد به وقوع می‎پیوندد و می‎تواند تولید خطر کند.
  3. ۳- آ‌ثار خارجی که ممکن است به تغییرات مهم و جدی هیدرودینامیکی جریان اضافه شود و به مرزهای جامد ضرر رساند.

متأسفانه در میدان هیدرودینامیکی، تأثیرات کاویتاسیون به جز چند مورد استثنا، همگی مضر هستند. کنترل نکردن آن می‎تواند خطرهای جدی و حتی نتایج جبران‎ناپذیری را به همراه داشته باشد. از طرف دیگر لزوم اجتناب از کاویتاسیون و یا کنترل آن محدودیتهای جدی را برای طراحی بسیاری از انواع وسایل هیدرودینامیکی تحمیل می‎کند. به همین علت شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت از اهمیت بالایی برخوردار است.

کاویتاسیون در چه وسایلی اتفاق می افتد ؟

در ماشینهای هیدرودینامیکی مانند همه توربینها از سرعت مخصوص پایین فرانسیس تا سرعت مخصوص بالای کاپلان، زمینه برای ایجاد کاویتاسیون آماده است. پمپهای محوری ‎(Axial) و سانتریفیوژ ‎(Centrifugal) و حتی پمپهای رفت و برگشتی قدیمی نیز درگیر اثرهای کاویتاسیون هستند. اگرچه کاویتاسیون ممکن است با طراحی اشتباه تشدید یابد، اما حتی در وسایلی که از بهترین طراحی نیز برخوردار هستند هنگامی که در عمل شرایط نامطلوب اعمال گردد ممکن است اتفاق بیفتد.

کاویتاسیون همچنین امکان دارد در وسایلی که انرژی مکانیکی به آنها وارد یا از آنها خارج می‎شود هم اتفاق بیفتد. ولوها ‎(Valves) و همه وسایلی که سرعت سیال عبوری در آن‎ها تغییر می‎کند،‌ ممکن است تحت تأثیر آثار کاویتاسیون قرار گیرند. در نتیجه پیش از طراحی این قبیل وسایل شبیه سازی کاویتاسیون در فلوئنت ضروری می باشد.

نحوه شکل گیری پدیده کاویتاسیون

آب به خودی خود با افزایش دما و کاهش فشار به بخار تبدیل نمی‎شود. آبی که به طور کامل تصفیه و فیلتر شده باشد می‎تواند بارها فشارهای منفی بسیار بزرگ را تحمل کند،‌ بدون آنکه به بخار تبدیل شود. کاویتاسیون و جوشیدن هر دو در نقاطی که دارای ناخالصی است و یا در کنار یک شکاف ریز در دیواره جریان، اتفاق می‎افتد.

مشاهده محققان نشان می‎دهد که قبل از دیده شدن کاویتاسیون، معمولاً در یک محدوده کوچک از جریان، انبوهی از جریانهای ریز به چشم می‎خورند که از آنان به عنوان هسته کاویتاسیون یاد می‎شود. این حبابها در ایجاد کاویتاسیون نقش مهمی را ایفا می‎کنند و تئوری کاویتاسیون براساس وجود این حبابها شکل می‎گیرد.

شبیه سازی کاویتاسیون در واتر جت در انسیس فلوئنت

وقتی یک دسته از حبابهای ریز کاویتاسیون از ناحیه کم فشار به ناحیه پرفشار پائین دست که در آن شرایط کاویتاسیون حاکم نیست رانده می‎شوند کاهش قطری در حبابها بوجود می‎آید. هنگامی که شعاع حباب به شعاع بحرانی رسید،‌ حباب ناگهان درهم می‎شکند و آب اطراف آن برای پر کردن حفره حاصل به سمت آن هجوم می‎آورد. در نقطه از بین رفتن این حبابها، برخورد دسته‎های آبی که با سرعت بسیار به سمت هم حرکت می‎کنند باعث یک انفجار کوچک شده و فشار درون آب را (در آن نقطه) به شدت بالا می‎برد.

اگر فروپاشیدگی یک حباب در نزدیکی سطح اتفاق بیافتد، انفجار نامتقارن بوده و تولید یک جت می‎کند. این جت با سرعت زیاد به سطح برخورد می‎کند. سرعت این جت در حدود ۴۰۰ کیلومتر در ساعت تخمین زده شده است. پس سطح ضربات زیادی را از این جتهای کوچک دریافت می‎کند. بدین ترتیب در اطراف یم سطح کوچک ممکن است اختلاف فشار زیادی ایجاد شود که این اختلاف فشار باعث جداشدگی ذره می‎گردد.

عدد کاویتاسیون چیست

ماهیت چندگانه کاویتاسیون موجب شده است که یک عدد بی‎بعد برای آن تعریف کنیم. این عدد شامل پارامترهای هندسی (زاویه حمله و شکل پره) و خواص فیزیکی سیال (جرم حجمی و لزجت) و خواص هیدرولیکی جریان است. عدد کاویتاسیون بیان‎کننده نسبت افت انرژی به انرژی کل است.

شدت کاویتاسیون

معرفی یک عدد برای نشان دادن شدت کاویتاسیون کار بسیار مشکلی می‎باشد. استین برینگ مشاهده نمود که با کاهش مقدار شاخص کاویتاسیون نسبت به شاخص کاویتاسیون اولیه، شدت خسارت به آرامی افزایش می‎یابد. اگر شاخص کاویتاسیون متعاقباً بیشتر کاهش پیدا کند، به ناحیه‎ای می‎رسد که در آن روند آسیب با شاخص کاویتاسیون نسبت عکس پیدا خواهد نمود.

کاهش بیشتر در شاخص کاویتاسیون،‌ در نقطه‎ای عاید می‎گردد که میزان آسیب دارای حداکثر مقدار می‎باشد. با کاهش بیشتر شاخص کاویتاسیون میزان آسیب نیز کاهش می‎یابد. از این موضوع می‎توان دریافت که شدت کاویتاسیون هنگامی که شاخص کاویتاسیون کمتر از شاخص اولیه می‎گردد،‌ ابتدا افزایش و سپس کاهش می‎یابد. طیف صدا نیز دارای رفتار مشابهی می‎باشد.

مشکلات پدیده کاویتاسیون

خب سوال اصلی این است که چرا باید به شبیه سازی کاویتاسون در فلوئنت و مخصوصا پمپ ها بپردازیم؟ در ادامه برخی از مشکلات این پدیده آورده شده است.

  • افزایش ارتعاش پمپ­ ها در حین کارکرد و ایجاد صداهای آزار دهنده
  • افت فشار در قسمت ورودی پمپ­ها به دلایل گرفتگی در لوله که منجر به تکشیل پدیده کاوتاسیون می­شود.
  • بالا رفتن دمای پمپ که به دنبال آن موجب افزایش فشار تشکیل بخار شده
  • تغییر مایع پمپ شونده و یا تغییر در شرایط کاری پمپ

کاویتاسیون در پمپ ها

نقش سطوح مختلف در کاویتاسیون

نامنظمی سطوح در سازه‎های هیدرولیکی اساساً به دو بخش نامنظمی منفرد (موضعی) و نامنظمی با توزیع یکنواخت (گسترده) تقسیم می‎شود. در هیدرولیک کاربردی برای بررسی نقش این سطوح در کاویتاسیون از دیاگرامها و رابطه‎هایی که توسط محققان مختلف برای این سطوح ارائه شده استفاده می‎شود.

به طور معمول این دیاگرامها و روابط، رابطه‎های بین مشخصات نامنظمی مثل شکل، طول، ارتفاع و مشخصات جریان از یک طرف و ضریب کاویتاسیون بحرانی و شرایطی که کاویتاسیون در آن ایجاد می‎شود را از طرف دیگر بیان می‎کنند.

 

شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت

شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت با استفاده از مدل های دوفازی انجام می­ گیرد. شما می­توانید با استفاده از دو مدل

  •       Schnerr-sauer
  •       Zwart-gerber

پدیده کاویتاسیون بررسی می­گردد.

در ورک شاپ پیش رو به طور کامل و جامع نحوه شبیه سازی کاویتاسیون در فلوئنت بررسی و نحوه همگرایی مسائل مختلف مورد بررسی قرار گرفته است.

شبیه سازی کاویتاسیون در انسیس فلوئنت – سوپر کاویتاسیون در فلوئنت
۵ (۱۰۰%) ۵ votes

تضمین رضایت شما
محصول را بخرید و پس از پایان آموزش اگر حس کردید مفید نیست کل پول ارزشمند خود را پس بگیرید! چرا ضمانت ۱۰۰درصد؟ دلیل ضمانت ۱۰۰درصد محصولات سایت ما آن است که خرید یک محصول آموزشی برای شما ریسک بزرگی است. احتمالاً مدام به این موضوع فکر کنید که شاید این محصول آموزشی هم مثل محصولات قبلی برای من مفید نباشد. به همین دلیل ما هم این ریسک را قبول می­کنیم که اگر این محصول از دید شما مفید نبود ، در صورت نقد منصفانه ، کل پول ارزشمندتان را پس بدهیم.

دیدگاه کاربران ...

تعداد دیدگاه : 2

  1. توسط امیر

    ممنون بابت آموزش خوبتون✌

  2. توسط admin

    سپاس فراوان. خوشحالیم که آموزش شبیه سازی کاویتاسیون در فلوئنت رضایت شما رو به همراه داشته است.

  3. لطفا قبل از ارسال سئوال یا دیدگاه سئوالات متداول را بخونید.
    جهت رفع سوالات و مشکلات خود از سیستم پشتیبانی سایت استفاده نمایید .
    دیدگاه ارسال شده توسط شما ، پس از تایید توسط مدیران سایت منتشر خواهد شد.
    دیدگاهی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط با مطلب باشد منتشر نخواهد شد.

    دیدگاه خود را بیان کنید

محصولات مرتبط ...