مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد...

32
مدلk-ε Standard k- Model ا: اي ز م زد. گي ي مار ر ق اده ف ت س ورد ا م ت ع ت ص زده ای در سي گ ور ’ط ب ده) ز ش) ش, ت ن م مدل0 ن ير ا ا ت ف ر0 ون م زا ي6 پ ادی ي ار ر ن ’س ب اد ن س و ا لات ا ف م. ت س ا. ت س ا ه صادق ت ف) شE ه ا, ت ف ا ه ي ع ش و ت0 ان ري ج رای ب مدل0 ن ي ا ال ف تN نل و ا ا ن س0 ان ري ج م ارQ ئ ا ي س د ن ه م لQ ئ سا م ری ار ا ن ’س ب رای ب دارد. ي ل و ب ف ل ئ ا ق ت ف د ارت ر ج ب ي عا م. ت س ا0 ن ي ئ اb ي) روش0 ن ي ا ت ف، د د د داري ا ي ا ر ت ح ن که ا ي ي ها دسه ن ه رای ب ق ب ف د) روش0 ن ي ا ز ي پ اد ي ار ر ن ’س ب سار ف ت ف ده، ا تb ح ي6 ن ار ن ’س ب لQ ئ سا م در. ت س ت ئ

Transcript of مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد...

Page 1: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

k-εمدل Standard k- Model

مزايا:مي قرار استفاده مورد صنعت در ای گسترده بطور

گيرد.مدل اين رفتار پيرامون زيادی بسيار اسناد و مقاالت

. است شده منتشر. است صادق آشفته يافته توسعه جريان برای مدل اين

و سيال جريان از ائم مهندسي مسائل از بسياری برای. دارد قبولي قابل دقت حرارت انتقال

معايبروش اين دقت دارند، زياد انحنا که هايي هندسه برای

. است پاييناين نيز زياد بسيار فسار افت پيچيده، بسيار مسائل در

. نيست دقيق روش

Page 2: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

سيال خواص دادن

Page 3: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

کارکرد شرائط

تعريففشار - جاذبه- تعريفشتاب

فلوئنت های قابليت

Page 4: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

مرزي شرائط تعريف

Page 5: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

ورودی سرعت مرزي شرطVelocity Inlets

ورود • در سرعت بردار تعريف

سرعت • بردار که وقتي برايقابل باشد، مي معلوم ورودي

. است استفادهقابل – يکنواخت ورودی سرعت پروفيل برای

از بايد اينصورت غير در است، UDFاستفاده. کرد استفاده

ايجاد – باعث تراکم قابل غير جريان حالت در. شود مي فيزيکي غير شائط

مرزي • شرط که کنيد سعيمانع نزديکی در سرعت

. نباشد ورودی

Page 6: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

ورودی سرعت مرزي شرط

Page 7: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

آشفتگي مرزي شرائط کردن واردمرزي • شرط دادن برای روش چهار

: دارد وجود و kتعيين –

2U1.0k

Page 8: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

آشفتگي مرزي شرائط کردن وارد

مرزي • شرط دادن برای روش چهار: دارد وجود

شدت – و آشفتگی طولي مقياس تعيين Set turbulence intensity andآشفتگي

turbulence length scaleتوربين – از Exhaust of a turbineخروجي

Intensity ( آشفتگي % 20 =(شدتLength scale( طولي 10 - 1 = (مفOاس % of blade

span

يک – از خروجي يافته توسعه کمال جريان Fully-developed flow in a duct orکانال

pipeIntensity ( آشفتگي % 5 = (شدتLength scale ( طولي hydraulic = (مفOاس

diameter

Page 9: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

آشفتگي مرزي شرائط کردن واردمرزي • شرط دادن برای روش چهار

: دارد وجودنسبت – و آشفتگی شدت تعيين

آشفتگی لزجت)Set turbulence intensity and

turbulent viscosity ratio(

Page 10: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

آشفتگي مرزي شرائط کردن واردمرزي • شرط دادن برای روش چهار

: دارد وجودقطر – و آشفتگي شدت تعيين

Set turbulenceهيدروليکی)intensity and hydraulic diameter)

Page 11: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

- فشار ورودی مرزي شرط

اسکالر – پارامترهای ساير کلي، دماي کلي، فشار تعريف

(1/)2 (2

11) kk

statictotal Mk

pp

2

2

1vpp statictotal incompressible flows

compressible flows

Page 12: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

- فشار ورودی مرزي شرطتعريفجهتورودی –

سطح • بر عمدجهت • دکر

Page 13: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

- فشار خروجي مرزي شرطهيدروستاتيکي • فشار تعريفمقدار

در – هيدروستاتيکي فشار مقدار مافوقصوت، حالتجريان درآيد بدستمي يابي برون طريق از خروج

Page 14: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

جرمي - دبي ورودی مرزي شرطدبيجرمي • تعريفمقدار

مافوقصوت، – حالتجريان درهيدروستاتيکي فشار مقدار

يابي برون طريق از خروج درآيد بدستمي

ورودی • جهتسيالجريان • به مربوط پارامترهای ساير

آشفته

Page 15: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

) ( ساکن ديوار ديوار مرزی شرطلغزش - عدم (No Slip )شرط

ديوار- روی بر سيال برشي تنش تعيين

Page 16: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

) ( متحرک ديوار ديوار مرزی شرطانتقال -

دوران- سرعت- هاي مولفه تعيين

Page 17: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

مرزی ديوار شرط حرارتيگرمايي - شاردما- جابجايي-

Page 18: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

مرزی ديوار شرط حرارتيگرمايي - شار

دما- جابجايي-

Page 19: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

مرزی ديوار شرط حرارتيگرمايي - شار

دما- جابجايي-

Page 20: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

ديوار جنس انتخاب . خواص - بقيه کردن فعال برای باشد مي آلومينيم ديوار برای فلوئنت فرض پيش

: کنيم مي عمل زير شکل به ديوار

Page 21: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Tri/Tet vs. Quad/Hex Meshes• For simple geometries, quad/hex

meshes can provide high-quality solutions with fewer cells than a comparable tri/tet mesh.

• For complex geometries, quad/hex meshes show no numerical advantage, and you can save meshing effort by using a tri/tet mesh.

Page 22: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Hybrid Mesh Example

• Valve port grid– Specific regions can

be meshed with different cell types.

– Both efficiency and accuracy are enhanced relative to a hexahedral or tetrahedral mesh alone.

– Tools for hybrid mesh generation are available in Gambit and TGrid.

Hybrid mesh for an IC engine valve port

tet mesh

hex mesh

wedge mesh

Page 23: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Non-Conformal Mesh Example• Nonconformal mesh: mesh in which grid nodes do not match up along an interface.

– Useful for ‘parts-swapping’ for design study, etc.– Helpful for meshing complex geometries.

• Example:– 3D Film Cooling Problem

• Coolant is injected into a ductfrom a plenum

– Plenum is meshed withtetrahedral cells.

– Duct is meshed withhexahedral cells.

Plenum part can be replaced with new geometry with reduced meshing effort.

Page 24: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Set Up the Numerical Model• For a given problem, you will need to:

– Select appropriate physical models.• Turbulence, combustion, multiphase, etc.

– Define material properties.• Fluid • Solid• Mixture

– Prescribe operating conditions.– Prescribe boundary conditions at all boundary zones.– Provide an initial solution.– Set up solver controls.– Set up convergence monitors.

Page 25: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Compute the Solution• The discretized conservation equations are solved

iteratively.– A number of iterations are usually required to reach a

converged solution.• Convergence is reached when:

– Changes in solution variables from one iteration to the next are negligible.

• Residuals provide a mechanism to help monitor this trend.– Overall property conservation is achieved.

• The accuracy of a converged solution is dependent upon:– Appropriateness and accuracy of the physical models.– Grid resolution and independence– Problem setup

• A converged and grid-independent solution on a well-posed problem will provide useful engineering results!

Page 26: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Examine the Results

• Examine the results to review solution and to extract useful engineering data.

• Visualization can be used to answer such questions as:– What is the overall flow pattern?– Is there separation?– Where do shocks, shear layers, etc. form?– Are key flow features being resolved?– Are physical models and boundary conditions appropriate?– Are there local convergence problems?

• Numerical reporting tools can be used to calculate quantitative results:– Lift and drag– Average heat transfer coefficients– Surface-averaged quantities

Page 27: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Tools to Examine the Results

• Graphical tools– Grid, contour, and vector plots– Pathline and particle trajectory plots– XY plots– Animations

• Numerical reporting tools– Flux balances– Surface and volume integrals and averages– Forces and moments

Page 28: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Consider Revisions to the Model• Are physical models appropriate?

– Is flow turbulent?– Is flow unsteady?– Are there compressibility effects?– Are there 3D effects?

• Are boundary conditions correct?– Is the computational domain large enough?– Are boundary conditions appropriate?– Are boundary values reasonable?

• Is grid adequate?– Can grid be adapted to improve results?– Does solution change significantly with adaption, or is the

solution grid independent?– Does boundary resolution need to be improved?

Page 29: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Review for Demo

• Problem Identification and Pre-Processing1. Define your modeling goals.2. Identify the domain you will model.3. Design and create the grid.

• Solver Execution4. Set up the numerical model.5. Compute and monitor the solution.

• Post-Processing6. Examine the results.7. Consider revisions to the model.

Page 30: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

FLUENT DEMO Startup Gambit

load database define boundary zones export mesh

Startup Fluent GUI Problem Setup Solve Post-Processing

Page 31: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Operating System Basics: Unix• Basic Unix commands:

– pwd - prints the name current working directory• Your home directory is home/fluent/.

– ls - lists the files in the current directory– cd - change working directories (cd .. to go up one

directory).• The environment variable $TRAINPATH contains a shortcut to

the directory where training files are stored. For example:cp $TRAINPATH/fluent5.x/tut/elbow/elbow.msh .will copy the mesh file for the first example problem into your current working directory.

• To start Fluent 5: % fluent 2d &• To start Fluent 4.5: % fluent -r4.5 &

Page 32: مدل k-ε Standard k- Model مزايا : بطور گسترده ای در صنعت مورد استفاده قرار مي گيرد. مقالات و اسناد بسيار زيادی

Operating System Basics: Windows NT

• PC users will find tutorials under c:\Fluent.Inc\fluent5.x\ tut\. This directory is write-protected.

• Save files to your home directory, c:\users\fluent\.• Fluent can be started from the command prompt or from the start

menu:– Command Prompt

• fluent 2d– Start Menu

• Start Programs Fluent Inc Fluent 5.x

• !Note: It is recommended that you restart Fluent for each tutorial for both Unix and NT systems to avoid mixing solver settings from different tutorials.