شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی

در ریاضیات، روش تفاضل محدود (FDM) روش عددی برای حل معادلات دیفرانسیل با نزدیک به آنها را با معادلات تفاوت در آن محدود تفاوت مشتقات تقریبی هستند. FDMs بنابراین روش discretization است. FDMs خطی (غیر خطی) نوای/PDE تبدیل به سیستم معادلات خطی (غیر خطی) که سپس می تواند توسط روش های جبر ماتریس حل. باعث کاهش معادله دیفرانسیل به یک سیستم از معادلات جبری مشکل پیدا کردن راه حل به نوای داده شده ایده آل مناسب برای رایانه مدرن، از این رو استفاده گسترده از FDMs در تجزیه و تحلیل عددی مدرن [1].

 

 

 

امروز، FDMs هستند به رویکرد غالب به راه حل عددی معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی

او روش المان محدود (FEM) روش عددی برای حل مشکلات مهندسی و ریاضی فیزیک است. مشکل معمول زمینه های مورد علاقه عبارتند از: تجزیه و تحلیل ساختاری انتقال حرارت جریان سیال حمل و نقل جمعی و پتانسیل های الکترومغناطیسی. حل تحلیلی این مشکلات راه حل به مرز ارزش مشکلات برای معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی به طور کلی نیاز. تدوین روش المان مشکل منجر به یک سیستم از معادلات جبری. روش تخمین تابع ناشناخته بر دامنه. [1] برای حل مشکل آن دریافت­ها سیستم بزرگ را به قطعات کوچکتر، ساده تر است که عناصر متناهی نامیده می شوند. معادلات ساده است که مدل این عناصر محدود سپس در سیستم بزرگتر از معادلات است که مشکل کل مدل مونتاژ شده. FEM سپس با استفاده از روش variational از حسابان تغییرات به راه حل تقریبی توسط تابع خطا مربوط به حداقل رساندن.

 

 

 

روش حجم محدود (FVM) است روش برای نمایندگی و ارزیابی معادلات دیفرانسیل جزئی در قالب معادلات جبری [LeVeque, 2002; تورو، 1999]. شبیه به روش تفاضل محدود و یا روش المان محدود، ارزش در مکان های مجزا در هندسه meshed محاسبه می شود. "Finite volume" اشاره به حجم کوچک در اطراف هر نقطه گره در مش. در روش حجم محدود انتگرال دوره در معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی که شامل مدت واگرایی انتگرال سطحی استفاده از قضیه انشعاب تبدیل می شوند. این شرایط است که سپس به عنوان شار در سطوح هر دوره محدود ارزیابی می شوند. چون شار ورود حجم داده شده که حجم مجاور ترک یکسان است، این روش محافظه کار هستند. یکی دیگر از استفاده از روش حجم محدود این است که آن را به راحتی برای مش های بدون ساختار فرموله شده است. روش در بسیاری از بسته های دینامیک سیالات محاسباتی استفاده می شود.

 

 

توسعه دهندگان به کدهای کامل پتانسیل تبدیل شده به عنوان روش پانل جریان غیر خطی در سرعت transonic را محاسبه کند. شرح اولین وسیله ای برای استفاده از پتانسیل کامل معادلات Earll Murman و جولیان کول بوئینگ در سال 1970 منتشر شد. [25] فرانسیس بائر، پل Garabedian و دیوید کورن مؤسسه Courant در دانشگاه نیویورک (دانشگاه) نوشت: یک سری کد های دو بعدی airfoil پتانسیل کامل که به طور گسترده ای استفاده می شود مهم ترین شدن نام حسين برنامه [26] A رشد بیشتر برنامه ساعت توسط باب مرتضوی، و گروهش در گرومن هوا و فضا به عنوان Grumfoil توسعه داده شد. [27] آنتونی جیمسون ابتدا در هواپیمای گرومن و موسسه Courant از دانشگاه، با دیوید Caughey به منظور توسعه مهم کد سه بعدی کامل بالقوه FLO22 1975 در [28] کار می کرد. بسیاری از کدهای کامل بالقوه بعد از این، در بوئینگ Tranair (A633) کد [29] هنوز هم می بیند سنگین استفاده culminating پدید آمده است.

 

 

گام بعدی معادلات اویلر که وعده داده شده به ارائه راه حل های دقیق تر از جریان های transonic بود. روش جیمسون در کد FLO57 خود را سه بعدی [30] استفاده (1981) توسط دیگران به تولید برنامه هایی را به عنوان برنامه تیم لاکهید است [31] و روش های IAI/توصيفی MGAERO برنامه استفاده شد. [32] MGAERO منحصر به فرد در حال کد ساختار مش دکارتی در حالی که دیگر کدهای چنین ساختار شبکه نصب شده بدن (به غیر از ناسا بسیار موفق CART3D کد، کد SPLITFLOW لاکهید [33] [34] و فناوری جورجیا NASCART GT) استفاده شده است. [35] آنتونی جیمسون نیز توسعه سه بعدی هواپیما کد [36] ساخته شده است که استفاده از شبکه های بدون ساختار چهار ضلعی.

در قلمرو دو بعدی مارک Drela و مایکل جایلز سپس دانشجویان در دانشگاه فنی ماساچوست، توسعه برنامه اولر ISES [37] (به واقع یک مجموعه از برنامه ها) برای airfoil طراحی و تجزیه و تحلیل. این کد اول در سال 1986 شد و بیشتر برای طراحی و تجزیه و تحلیل و بهینه سازی airfoils یک یا چند عنصر به عنوان برنامه MSES توسعه داده شده است. [38] MSES استفاده گسترده ای در سراسر جهان را می بیند. مشتق MSES، طراحی و تجزیه و تحلیل airfoils در آبشار مایزز [39] توسط هارولد "Guppy است" Youngren در حالی که او یک دانشجوی کارشناسی ارشد در دانشگاه فنی ماساچوست.

Navier-استوکس معادلات هدف نهایی توسعه بودند. کدهای دو بعدی مانند Ames ناسا ARC2D کد اول پدید آمده است. تعداد کدهای سه بعدی توسعه داده شد (CFL3D ARC3D سرریز، سه سهم ناسا موفق هستند)، منجر به بسته بندی های تجاری متعدد شد

مقاله اول با مدل سه بعدی توسط جان هس و A.M.O-اسمیت از هواپیماهای داگلاس در سال 1967 منتشر شد. [10] این روش سطح هندسه با سپر و افزایش دادن به این دسته از برنامه های روش پانل به نام discretized. روش خود خود را که در آن شامل نمی بلند کردن جریان، ساده بود و لذا عمدتا به پوسته و fuselages هواپیما استفاده شد. اولین بلند کردن پانل کد (A230) در مقاله نوشته شده توسط پل Rubbert و گری Saaris هواپیمای بوئینگ در سال 1968 شرح داده شد. [11] زمان پیشرفته تر کدهای پانل سه بعدی در بوئینگ (PANAIR, A502)[12] لاکهید (Quadpan)[13] داگلاس (هس)، توسعه یافته در [14] مک دانل هواپیما (MACAERO)[15] ناسا (PMARC)[16] و روش های تحلیلی (WBAERO[17] USAERO[18] و VSAERO[19][20]). برخی از (PANAIR، هس و MACAERO) بالاتر سفارش کد با استفاده از نظم بالاتر توزیع از سطح تکينگی در حالی که دیگران (Quadpan PMARC USAERO و VSAERO) استفاده می تکينگی تنها در هر سطح پانل بود. استفاده از کدهای پایین تر سفارش است که آنها بسیار سریع تر در کامپیوتر هم زد. امروز, VSAERO به ترتیب چند کد رشد کرده و برنامه به طور گسترده استفاده می شود این کلاس است. شده است در توسعه بسیاری از زیردریایی، سطح کشتی، ماشین، هلیکوپتر، هواپیما، و اخیرا توربین های بادیاستفاده شده است. خواهر خود کد، USAERO روش صفحه لرزان است که برای مدل سازی چیزهایی مثل قطار با سرعت بالا و مسابقه قایق بادبانینیز استفاده شده است. کد PMARC ناسا از نسخه اولیه از VSAERO و مشتق از PMARC به نام CMARC[21] نیز موجود است.

 

 

 

 

در قلمرو دو بعدی تعداد صفحه کدهای airfoil تجزیه و تحلیل و طراحی شده اند. که جلوه های چسبناک مدل می تواند کد است که به طور معمول تحليل لايه مرزي شامل، است. پروفسور ریچارد Eppler از دانشگاه اشتوتگارت مشخصات کد، تا حدی با بودجه ناسا که در اوایل 1980s شد، توسعه. [22] این به زودی توسط MIT پروفسور مارک Drela XFOIL کد دنبال شد. [23] ترکیب کدهای صفحه دو بعدی با لايه مرزي همراه کدهای airfoil کار تجزیه و تحلیل مشخصات هر دو و XFOIL. در حالی که XFOIL تحول منسجم و روش پانل معکوس برای طراحی airfoil مشخصات روش تحول منسجم را برای طراحی airfoil معکوس استفاده می کند.

مرحله واسطه بین پانل کد و کدهای کامل بالقوه شد کدهای که معادلات Transonic اختلال های کوچک استفاده می شود. به ویژه کد WIBCO سه بعدی،[24] توسط چارلی Boppe هواپیمای گرومن در اوایل توسعه استفاده سنگین دیده می شود.

رکن اساسى تقریبا تمام مشکلات CFD Navier-استوکس معادلاتاست که بسیاری از تک فاز تعریف (گاز یا مایع، اما نه هر دو) جریان های سیال. این معادلات می تواند با از بین بردن شرایط توصیف ساده چسبناک اقدامات به عملکرد معادلات اویلر. بازده بیشتر ساده با از بین بردن شرایط توصیف vorticity معادلات کامل پتانسیل. در نهایت، برای کوچک perturbations در مادون صوت و مافوق صوت جریان (نه transonic یا مافوق صوت) این معادلات می توان linearized به عملکرد بالقوه معادلات linearized.

 

 

از لحاظ تاریخی، روش اول برای حل معادلات linearized بالقوه توسعه یافته بودند. روش دو بعدی (2D) با استفاده از تحولات منسجم از جریان مورد سیلندر به جریان مورد airfoil در دهه 1930، توسعه یافته بودند. [1]

یکی از اولین نوع از محاسبات شبیه CFD مدرن هستند کسانی که توسط لوئیس سرخ ریچاردسون، که این محاسبات مورد استفاده تفاوت های محدود و فضای فیزیکی در سلول های تقسیم. اگر چه آنها به طور چشمگیری، این محاسبات انجام نشد، همراه با کتاب ریچاردسون را "پیش بینی آب و هوا توسط فرایند عددی"،[2] اساس CFD مدرن و عددی هواشناسی را تنظیم. در واقع در اوایل CFD محاسبات در طول 1940s انیاک با استفاده از روش نزديكي در ریچاردسون در 1922 کتاب استفاده می شود. [3]

کامپیوتر قدرت موجود توسعه گام های سه بعدی روش است. احتمالا اولین کار با استفاده از رایانه برای جریان سیالات مدل به عنوان حکومت Navier-استوکس معادلات در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، گروه T3 انجام می شد. [4] [5] این گروه توسط فرانسیس حسين هارلو, است که به طور گسترده ای به عنوان یکی از پیشگامان CFD منجر شد. از سال 1957 به اواخر 1960s توسعه یافته این گروه انواع روش های عددی برای شبیه سازی گذرا دو بعدی مایع جریان، مانند روش ذرات در سلول (هارلو، 1957)،[6] روش مایع سلولی (جنتری، مارتین و دالی، 1966)،[7] روش تابع جریان Vorticity (جیک فروم، 1963)،[8] و نشانگر و همراه روش (هارلو و ولش 1965). [9] فروم را vorticity جریان تابع روش برای 2D گذرا تراکم جریان اولین درمان از شدت جریان های تراکم در جهان contorting است.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) شاخه مکانیک سیالات است که با استفاده از تحلیل عددی و ساختارهای داده برای تجزیه و تحلیل و حل مشکلات که شامل جریان سیالاست. کامپیوتر برای انجام محاسبات مورد نیاز برای شبیه سازی جریان رایگان جریان مایع و تعامل سیال (مایعات و گازها) با سطوح تعریف شرایط مرزیاستفاده می شود. با سرعت بالا سوپرکامپیوترها، راه حل های بهتر می تواند به دست آورد و اغلب مورد نیاز برای حل بزرگترین و پیچیده ترین مشکلات. ادامه تحقیقات بازده نرم افزار است که باعث بهبود دقت و سرعت از حالات شبیه سازی پیچیده مانند transonic یا آشفته جریان. اعتبار اولیه این نرم افزار به طور معمول با استفاده از دستگاه های تجربی مانند تونل بادانجام می شود. علاوه بر این، قبلا انجام شده تحلیل تجربی و تحلیلی یا مشکل خاص می تواند مورد استفاده قرار گیرد برای مقایسه. اعتبار نهایی انجام می شود اغلب با استفاده از مقیاس کامل، مانند پرواز تست تست.

 

 

 

 

CFD به طیف گسترده ای از مشکلات تحقیقاتی و مهندسی در بسیاری از زمینه های مطالعه و صنایع از جمله آیرودینامیک و هوافضا تجزيه آب و هوا شبیه سازیعلوم طبیعی و مهندسی محیط زیستاعمال می شود سیستم صنعتی طراحی و تجزیه و تحلیل جریان سیالات و مهندسی زیستی و تجزیه و تحلیل موتور و احتراق .

جدید ترین های آموزش فلوئنت در سایت ایران فلوئنت موجود می باشد و ما در این سایت نیز آموزش های جدید فلوئنت را قرار خواهیم داد

 

با سلام به سایت شبیه سازی خوش آمدید

هدف از ایجاد این وبسایت انجام شبیه سازی های مکانیکی ، سیالاتی می باشد.

برنامه های مورد استفاده ما :

1.ANSYS Fluent

2.ANSYS CFX

3. ANSYS Mechanical