کتاب شبیه سازی مسائل هیدرولیکی در FLOW 3D

کتاب شبیه سازی مسائل هیدرولیکی در FLOW 3D

 کتاب شبیه سازی مسائل هیدرولیکی در FLOW 3D :

مطالعه حرکت سیالات، یکی از زمینه‌های جالب علمی است که تا چند دهه پیش برای مطالعه پدیده‌های موجود در این زمینه فقط از روش‌های تجربی و یا روش‌های تحلیلی، همراه با فرضیات بسیار، استفاده می‌شد. با پیدایش کامپیوترها، هزینه‌های محاسباتی کاهش یافت و بشر توانست پدیده‌های پیجیده‌تری را مورد تحلیل قرار دهد.

یکی از زمینه‌های علمی که با افزایش قدرت محاسباتی بشر پیشرفت‌های زیادی در آن صورت گرفت، دینامیک سیالات محاسباتی است. در واقع دینامیک سیالات محاسباتی موجود، به حل رفتار سیال می‌پردازد. این علم با پیشرفت‌های صورت گرفته در زمینه روش‌های محاسباتی و هم چنین ساخت رایانه‌های با علم پردازنده‌های قوی در نیمه دوم قرن بیستم و در سده جدید میلادی، رونق بیشتری یافته است.

امروزه دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان یک ابزار مناسب در کنار روش‌های آزمایشگاهی و تحلیلی مطالعه رفتار سیالات بکار گرفته شود و بصورت گسترده در زمینه‌های مختلف صنعتی مرتبط با سیالات محاسباتی بکار گرفته شود و بصورت گسترده در زمینه های مختلف صنعتی مرتبط با سیالات، انتقال حرارت و انتقال مواد به کمک سیال استفاده می‌شود.

صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا، هیدرولیک، توربوماشین‌ها، صنایع هسته‌ای، صنایع نظامی، صنایع نفت و گاز و انرژی و غیره از موارد کاربرد علم دینامیک سیالات محاسباتی هستند.

یکی از شاخه‌های علمی که دینامیک سیالات محاسباتی در این زمینه نیز پیشرفت زیادی داشته است، علم مهندسی آب یا هیدرولیک است. بررسی میکروسکوپیک رفتار آب در جریان‌های طبیعی نشانگر پیچیدگی‌های زیادی است که ماهیت تغییر در آنها تصادفی است، به طوری که حتی مدل‌های  تئوری موجود در فرم کامل آنها نیز قادر به شبیه سازی دقیق این تغییرات نیست. ولی با پیدایش رایانه‌ها، علم دینامیک سیالات محاسباتی توانست با بکارگیری مدل‌های آشفتگی تا حدودی در شبیه‌سازی و پیش‌بینی رفتار آب موفق باشد.

مقدمه کتاب شبیه سازی مسائل هیدرولیکی

مدل FLOW-3D یکی از توانمندترین مدل های موجود در زمینه دینامیک سیالات است که توسعه و پشتیبانی آن توسط شرکت Flow Science  صورت گرفته است. دامنه کاربرد این مدل بسیار وسیع بوده و در زمینه‌هایی چون ریخته‌گری، مهندسی فرآیند، هیدرولیک، محیط زیست، هوافضا، علوم دریایی، نفت، گاز و غیره کاربرد دارد. به دلیل اینکه نتایج دقیق و مطلوبی با استفاده از این مدل تولید شده است، اخیراً این مدل توانسته است جایگاه مناسبی در تحقیقات و صنعت پیدا کند.

از آنجا که FLOW-3D، در زمینه علم هیدرولیک نیز شامل الگوهی فیزیکی بسیاری از جمله آبهای کم عمق، لزوجت، کاویتاسیون، آشفتگی، محیط متخلخل و غیره است، کاربرد وسیعی در این زمینة علمی پیدا کرده است.

علیرغم زمینه‌های کاربردی زیاد این مدل و کارایی‌ها و توانایی‌های آن، منبع آموزشی مناسبی برای این مدل وجود ندارد. بنابراین، در این کتاب سعی شده است آموزش استفاده از این مدل به زبان ساده برای مهندسان و دانشجویان ارائه شود. امید است که استفاده از این کتاب برای  مخاطبان مؤثر واقع شود.

دانلود نرم افزار Flow 3Dنسخه ۱۰.۱.۱

فهرست مطالب کتاب شبیه سازی مسائل هیدرولیکی در FLOW 3D

پیشگفتار

مقدمه

فصل اول :

مبانی نظری

۱-۱ مقدمه

۱-۲ معادلات حاکم

۱-۲-۱ سیستم‌های مختصات

۱-۲-۲ روش VOF

۱-۲-۳ روش FAVOR

۱-۲-۴ معادله پیوستگی

۱-۲-۵ معادلات مومنتم

۱-۳ تنش برشی دیواره

۱-۴ ارزیابی لزجت

۱-۵ سطوح مشترك سیال و سطوح آزاد

۱-۶ معادله انرژی سیال

۱-۷ روابط ورود هوا

۱-۸ مدل آبهای کم عمق

۱-۹ انتقال رسوب

۱-۹ منابع

فصل دوم :

مدل‌های حل آشفتگی

۲-۱ مقدمه

۲-۲ جریان‌های آشفته

۲-۳ مدل‌های حل آشفتگی

۲-۳-۱ معادلات ناویر استوکس متوسط‌گیری شده زمانی (RANS)

۲-۳-۲ فرضیه بوزینسک

۲-۳-۳ انواع مدل‌های آشفتگی

۲-۳-۳-۱ مدل‌های صفر معادله‌ای

۲-۳-۳-۲ مدل‌های یک معادله‌ای

۲-۳-۳-۳ مدل‌های دو معادله‌ای

۲-۳-۳-۴ مدل‌های دارای معادله تنش

۲-۳-۳-۵ مدل‌های شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ

۲-۳-۴ مدل‌های آشفتگی مورد استفاده در FLOW-3D

۲-۳-۴-۱ مدل طول اختلاط پرانتل

۲-۳-۴-۲ مدل‌های انتقال آشفتگی

۲-۳-۴-۳ مدل شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ

۲-۳-۴-۴ شرایط مرزی آشفته

۲-۴ منابع

فصل سوم :

روش نصب نرم‌افزار FLOW-3D

۳-۱ مقدمه

۳-۲ روش نصب

فصل چهارم :

نحوه شبیه‌سازی در نرم‌افزار FLOW-3D

۴-۱ مقدمه

۴-۲ ورود به محیط برنامه FLOW-3D

۴-۳ نامگذاری منوهای برنامه FLOW-3D

۴-۴ ایجاد یک پروژه جدید در نرم‌افزار FLOW-3D

۴-۵ تعریف مشخصات مدل مورد نظر برای شبیه‌سازی

۴-۵-۱ زبانه General

۴-۵-۱-۱ زمان شبیه‌سازی

۴-۵-۱-۲ انتخاب سیستم آحاد

۴-۵-۱-۳ تعداد هسته‌های پردازنده درگیر در شبیه‌سازی

۴-۵-۲ زبانه Physics

۴-۵-۳ زبانه Fluids

۴-۵-۴ زبانه Meshing & Geometry

۴-۵-۴-۱ روش کار در زبانه Meshing & Geometry

۴-۵-۴-۱-۱ ایجاد هندسه آبراهه و سازه‌ها و تعریف خصوصیات آنها

۴-۵-۴-۱-۲ ایجاد شبکه حل

۴-۵-۴-۱-۳ تعریف شرایط مرزی

۴-۵-۴-۱-۴ تعریف شرط مرزی برای رسوبات معلق

۴-۵-۴-۱-۵ تعریف شرایط اولیه

۴-۵-۴-۱-۶ تعریف منبع جرم (Mass Momentum Sources)

۴-۵-۵ زبانه Output

۴-۵-۶ زبانه Numerics

۴-۶ اجرای شبیه‌سازی

۴-۷ مشاهده نتایج

۴-۷-۱ نحوه تولید خروجی در Probe:

۴-۷-۱-۱ تولید خروجی با استفاده از گزینه Restart

۴-۷-۱-۲ تولید خروجی با استفاده از گزینه General history

۴-۷-۱-۲-۱ تولید خروجی دبی عبوری از یک سطح و نیروهای وارد بر آن

۴-۷-۱-۳ تولید خروجی با استفاده از گزینه Mesh dependent history

۴-۷-۲ نتایج یک‌بعدی (۱-D)

۴-۷-۳ نتایج دو بعدی  (۲-D)

۴-۷-۴ نتایج سه‌بعدی (۳-D)

۴-۷-۵ نتایج متنی (Text Output)

۴-۷-۶ نتایج Neutral File

فصل پنجم :

شبیه‌سازی‌های نمونه

۵-۱ مقدمه

۵-۲ مثال‌های شبیه‌سازی

۵-۲-۱ مثال ۱: جریان روی یک سرریز مستطیلی با فشردگی جانبی

۵-۲-۱-۱ شرح مسئله

۵-۲-۱-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۱-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۲ مثال ۲- آبشستگی در پایین‌دست یک سرریز

۵-۲-۲-۱ شرح مسئله

۵-۲-۲-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۲-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۳ مثال ۳: شبیه‌سازی جریان آب‌های کم‌عمق (Shallow Water)

۵-۲-۳-۱ شرح مسئله

۵-۲-۳-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۳-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۴ مثال ۴- آبشستگی در پایین‌دست دریچه کشویی

۵-۲-۴-۱ شرح مسئله

۵-۲-۴-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۴-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۵ مثال ۵- جریان در یک کانال مرکب

۵-۲-۵-۱ شرح مسئله

۵-۲-۵-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۵-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۶ مثال ۶- شبیه‌سازی جریان در یک سرریز سه‌جانبی (سرریز U شکل)

۵-۲-۶-۱ شرح مسئله

۵-۲-۶-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۶-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۷ مثال ۷- استخراج منحنی دبی- اشل عددی برای سرریز PK

۵-۲-۷-۱ شرح مسئله

۵-۲-۷-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۷-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۷-۴ تحلیل نتایج

۵-۲-۸ مثال ۸- گوی شناور در آب

۵-۲-۸-۱ شرح مسئله

۵-۲-۸-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۸-۳ مشاهده نتایج

۵-۲-۹ مثال ۹- شبیه‌سازی یک مخلوط کن

۵-۲-۹-۱ شرح مسئله

۵-۲-۹-۲ تعریف مسئله به مدل

۵-۲-۹-۳ مشاهده نتایج

۵-۳ منابع

فصل ششم :

روش‌های افزایش کارآیی مدل

۶-۱ مقدمه

۶-۲ اصول شبکه‌بندی میدان حل

۶-۲-۱ میدان حل چند بلوکی

۶-۲-۱-۱ بلوک‌های مجاور

۶-۲-۱-۲ بلوک‌های تو در تو

۶-۲-۲ نکات کلیدی در تعریف شبکه حل

۶-۲-۲-۱ تعداد دقیق سلول‌های شبکه حل

۶-۲-۲-۲ نسبت اندازه و نسبت شکل سلول‌های شبکه حل

۶-۲-۲-۳ شرایط تعریف میدان‌های چندبلوکی

۶-۳ پیام‌ها و هشدارهای برنامه FLOW-3D و روش مقابله با آنها

۶-۳-۱ پیام‌ها و هشدارهای پیش‌پردازش

۶-۳-۲ پیام‌ها و هشدارهای حین اجرا

۶-۴ روش کاهش میزان حافظه مورد نیاز

۶-۵ منابع

منابع و مآخذ کتاب شبیه سازی مسائل هیدرولیکی در FLOW 3D