دینامیک سیاالت محاسباتی کاربردی با

ANSYS Fluentمهندس یار

مولف مهدی حیدرزاده

شرکت مهندسی سینوس 90 درجه تحت نظارت و سرپرستی: مهندس یاسر جعفری جوزانی

سخنی با خوانندگان

بشر قرن 21 بی وقفه و به سرعت در تکاپوی توسعه ی همه جانبه ی مرزهای دانش در تمامی حوزه هاست و در این مسیر از تالش باز نمی ایستد؛ چرا که اثرگذارترین ابزار برتری جویی در فضای رقابتی امروز را دست یابی به فناوری های پیشرفته، علوم نوین و گسترش صنایع پیشرفته، کارآمد و منحصربه فرد یافته است. براساس چنین نگرشی است که رشد سریع علوم و فنون کاربردی در گستره ی عظیمی از

زمینه های تحقیقاتی در دستورکار بازی گردانان نظام جهانی قرار گرفته است.

در شرایط ویژه و پیچیده ای که کشور ما با آن روبه روست، گام برداشتن در مسیر پیشرفت و رشد و توسعه ی داخلی و نیز کسب جایگاه درخور و تاثیرگذار در عرصه ی بین المللی منوط به اصالح دید کالن نسبت به توسعه ی علمی و پژوهشی با هدف ارتقای شاخص های پیشرفت و توسعه ی کشور

است و این جز با حمایت ویژه و مستمر از بخش های دانشگاهی و پژوهشی امکان پذیر نخواهد بود.

فناوری های بومی سازی تحقق از بسترهای مستعد یکی به عنوان انتشارات دانشگاهی کیان، پیشرفته )High Technology( قصد دارد با استفاده از همت بلند متخصصان صنعتی و دانشگاهی کشور و با استفاده از تجارب خود در زمینه چاپ و نشر بیش از سیصد عنوان کتاب های فنی و مهندسی، بخشی

هرچند کوچک از این وظیفه ی خطیر را به انجام برساند.

مجموعه کتاب های مهندس یار، با هدف دسترسی دانشجویان، اساتید، پژوهشگران و عالقمندان به دانش فنی و تخصص روز دنیا در حوزه ی فنی و مهندسی با نگاه ویژه ای تدوین شده است. در این آثار سعی شده است تا تجارب و دستاوردهای علمی و پژوهشی مولفان به نام و فرهیخته ی کشور، به شیوه ای آموزشی و استاندارد و با باالترین کیفیت فنی و محتوایی، به مخاطبان عالقمند انتقال یابد. این مجموعه ، گستر ه ی وسیعی از علوم فنی و مهندسی را دربر می گیرد و تالش بر آن است تا در آینده ی نزدیک در سایه ی الطاف الهی و با تکیه بر دانش و تخصص بومی، عناوین کاملی از کتاب های کاربردی

و ارزشمند در این مجموعه پوشش داده شود.

انتشارات دانشگاهی کیان در این مسیر دست یکایک اساتید و پژوهشگران حوزه ی فنی و مهندسی را به گرمی می فشارد و از پیشنهادهای ارزنده ی تالیف و ترجمه در این چارچوب استقبال می کند و از مخاطبان این مجموعه خواهشمند است نقدها و نظرهای سازنده ی خود را از طریق پل های ارتباطی

موجود در جهت ارتقای محتوایی و کیفی آثار مطرح نمایند.

نشر دانشگاهی کیان www.kianpub.com

info@kianpub.com

مقدمه مولف

امروزه در عرصه ی مهندسی و صنعت، رایانه و محاسبات مهندسی، نقش به سزایی را ایفا می کند. انجام دقیق این محاسبات، مهندسان و پژوهشگران را از انجام آزمایش های پرهزینه و با درصد خطای باال بی نیاز می کند. در این بین، نرم افزارهای شبیه سازی فرایندهای فیزیکی نظیر ANSYS و، Abaqus و، COMSOL و ... به کمک محققان آمده اند که بسیاری از مسائل مهندسی را با کیفیت باال

مورد بررسی قرار می دهند. اهمی��ت این نرم افزارها در رس��یدن به پاس��خ درس��ت در زمان کم، با دق��ت باال و صرف هزینه ی کمتر در یافتن پاس��خ مس��ایل گوناگون فیزیکی اس��ت. این نرم افزارها ب��ا به کارگیری از روش ه��ای مختلف عددی نظیر المان مح��دود )Finite Element(، حجم مح��دود )Finite Volume( و

تفاضل محدود )Finite Difference( به حل معادالت دیفرانسیل و انتگرالی می پردازند.نرم افزار ANSYS-Fluent یک نرم افزار شبیه سازی عددی جریان سیال و انتقال حرارت در هندسه های پیچیده است. Fluent به زبان برنامه نویسی C نوشته شده است و به همین دلیل امکان

استفاده حداکثری از توان و قابلیت های این زبان قدرتمند را برخوردار است. رفع نیاز مخاطبان در زمینه ی حل مسایل جریان و انتقال حرارت، انگیزه ی اصلی نگارش این اثر بوده است. این کتاب در بیست فصل در سطوح مختلف و با حل مسائل گسترده و کاربردی )CFD( تالیف شده است. فصل های ابتدایی کتاب به معرفی نرم افزار و آشنایی با معادالت جریاناختصاص داده شده که تفاوت اصلی این کتاب با سایر کتاب های موجود در همین زمینه است. کتاب پیش رو با در نظر گرفتن نیاز مخاطب )دانشجویان و مهندسان مکانیک، هوافضا و شیمی( تدوین

شده و شامل تجربه ی آموزشی مولف است. باعث مسرت است که هرگونه انتقاد، پیشنهاد و ارتباط با مخاطبان عزیز در راستای بهبود

کتاب از طریق پست الکترونیکی mehhey59@gmail.com انجام گیرد. در پایان از مهندس عمرانی و مهندس جعفری برای همراهی صمیمانه شان در نگارش این اثر

بسیار سپاسگزاری می گردد.امید است مخاطب از مطالعه ی کتاب رضایت خاطر داشته باشد که هدف مولف از نگارش

چیزی جز آن نبوده است. مهدی حیدرزاده

گسترش دانش در شاخه های مختلف جزو اولین اهداف کالن هر مجموعه دانش بنیان است که تحقق آن می تواند سهم به سزایی در پیشرفت و اعتالی هر کشور ایفا نماید. طی سال های گذشته در کشور عزیزمان ایران، سرعت پیشرفت علوم در شاخه های مختلف و به ویژه در رشته های فنی و مهندسی بسیار چشمگیر و مورد توجه بوده است. شاید به جرات بتوان گفت یکی از دالیل این موفقیت ها، تجلی روح خودباوری در میان جامعه علمی کشور است که به دلیل برقراری تحریم های مختلف از

سوی کشورهای خارجی است.جریان اقتصادی و سیاسی حاکم بر جهان به سمت و سویی است که به هیچ عنوان حاضر به پذیرش پیشرفت علمی و اقتصادی کشورهای مستقل نمی باشد. در این بین با عنایت خداوند متعال و همت جامعه علمی کشور عزیزمان ایران، شاهد پیشرفت های خیره کننده ای در شاخه های مختلف

صنعتی از جمله:فناوری صلح آمیز هسته ای؛ ½

هوا و فضا؛ ½ نفت، گاز و پتروشیمی؛ ½

داروسازی؛ ½ ارتباطات؛ ½

و سایر موارد هستیم. در باتجربه و نخبه مهندسان داشتن اختیار در با درجه 90 سینوس مهندسی شرکت دپارتمان های مختلف مهندسی، طی سال های گذشته سهمی هرچند کوچک در پیشرفت و اعتالی این مرز و بوم ایفا نموده است. این شرکت تا به حال پروژه های صنعتی مختلفی را در حوزه های متعدد صنعتی و تحقیقاتی با موفقیت به انجام رسانده است. بدنه اصلی شرکت، شامل معاونت فنی

مهندسی در 12 دپارتمان به شرح ذیل است:2. دپارتمان مهندسی مکانیک 1. دپارتمان مهندسی برق

4. دپارتمان مهندسی شیمی 3. دپارتمان مهندسی عمران 6. دپارتمان مهندسی هوافضا 5. دپارتمان مهندسی صنایع

8. دپارتمان مهندسی راه آهن 7. دپارتمان مهندسی کامپیوتر 10. دپارتمان مهندسی معماری 9. دپارتمان مهندسی نفت،گاز و پتروشیمی

12. دپارتمان مهندسی معدن 11. دپارتمان مهندسی خودرو

پیشگفتار شرکت سینوس

هر دپارتمان شامل چندین زیر گروه تخصصی است. برای آشنایی بیشتر و مشاهده پروژه های انجام شده در دپارتمان های مختلف می توانید به وب سایت رسمی شرکت مهندسی سینوس 90 درجه

به آدرس www.Sin90.ir مراجعه نمایید. کتاب حاضر تحت عنوان »دینامیک سیاالت محاسباتی کاربردی با ANSYS Fluent« توسط دپارتمان مهندسی مکانیک، گروه تبدیل انرژی و طراحی کاربردی تهیه شده است. با توجه به اهمیت کمبود همچنین و پیشرفته آنالیزهای و مدل سازی ها در ANSYS FLUENT نرم افزار کارایی و منابع علمی مفید به زبان فارسی در این حیطه، واحد تحقیق و توسعه دپارتمان مهندسی مکانیک با برنامه ریزی مدون، تصمیم به انتشار این کتاب نمود. این کتاب حاصل تجربیات و سوابق تحقیقاتی و اجرایی جناب آقای مهندس حیدرزاده می باشد. هدایت و نظارت این کتاب توسط معاونت فنی و

مهندسی شرکت، جناب آقای مهندس یاسرجعفری جوزانی صورت گرفته است. در پایان از همکاری خوب سرکار خانم شبنم حضرتی و مریم کیاء که زحمات زیادی در آماده سازی این کتاب بر عهده داشتند؛ تشکر می گردد. همچنین از همکاری صمیمانه نشر دانشگاهی کیان، جناب آقایان علیرضا تجملی و پیمان عمرانی که در طول مدت زمان آماده سازی کتاب، در

کنار تیم تدوین و آماده سازی کتاب بوده اند، کمال تشکر و قدردانی صورت می پذیرد. با تشکر

واحد تحقیق و توسعهشرکت مهندسی سینوس 90 درجه

دعوت به همکاری

از کلیه دانشجویان و فارغ التحصیالن عالقه مند به همکاری در پروژه های صنعتی و تحقیقاتی و نیز تالیف و ترجمه کتاب های کاربردی در رشته های فنی و مهندسی )کلیه مقاطع تحصیلی( در سراسر ایران دعوت به عمل می آید تا با مراجعه به وب سایت رسمی شرکت مهندسی سینوس به آدرس www.Sin90.ir بخش دعوت به همکاری، نسبت به ثبت سوابق تحصیلی، پژوهشی

و کاری خود جهت همکاری با این شرکت، اقدام نمایند.

�وارر یاد ���و� ��

یخان��خا� ����ج

وي در طول حيات پر . در شهر كرمانشاه ديده به جهان گشود 1296مرحومه قمرتاج خانلرخاني در سال

ايشان در . هاي زياد در زندگي، هرگز دست از مقاومت و تالش نكشيدبركت خود با وجود مشكالت و سختي

هاي مختلف علمي و در زمينه رسان جوانان طول زندگي و حتي پس از وفات خود همواره مشوق و ياري

. به ديار باقي شتافت 1391ماه سال در اسفند مرحومه قمرتاج خانلرخاني. فرهنگي بوده است

»باد روحش شاد، يادش گرامي«

مرحومه قمرتاج خانلرخانی در سال 1296 در شهر کرمانشاه دیده به جهان گشود. وی در طول حیات پر

برکت خود با وجود مشکالت و سختی های زیاد در زندگی، هرگز دست از مقاومت و تالش نکشید. ایشان

در طول زندگی و حتی پس از وفات خود همواره مشوق و یاری رسان جوانان در زمینه های مختلف علمی

و فرهنگی بوده است. مرحومه قمرتاج خانلرخانی در اسفند ماه سال 1391 به دیار باقی شتافت.

»روحش شاد، یادش گرامی باد«

این نوشته تقدیم به ...

روح پدر بزرگوارم

و همچنین

مادر مهربانم

که همواره بزرگ ترین معلم زندگی ام بوده است.

تقدیم

ANSYS فصل صفر: معرفی نرم افزار0-1. چرا ANSYS؟............................................................................................................................ 1416 .............................................................................................ANSYS-Fluent 0-2. معرفی نرم افزار19 ................................................................................................................. ANSYS Workbench .3-021 .............................................................................64bit نسخه ی ANSYS 15 0-4. نصب نرم افزار

CFD فصل اول: مقدمه ای بر1-1. دینامیک سیاالت چیست ؟......................................................................................................... 3132 .................................................................................................... CFD .2-1 وسیله ای برای تحقیق 1-3. مفهوم حجم کنترل محدود....................................................................................................... 4042 ..................................................................... 1-4. مشتق مادی )شدت تغییر آنی نسبت به زمان(44 ................................................................................. 1-5. دیورژانس سرعت و مفهوم فیزیکی آن1-6. مدل حجم کنترل محدود ثابت شده در فضا.......................................................................... 451-7. مدل حجم کنترل محدود و متحرک با سیال.......................................................................... 46

فصل دوم: مقدمه ای بر آشفتگی جریان2-1. آشفتگی چیست؟....................................................................................................................... 582-2. اثر آشفتگی روی معادالت میانگین زمانی ناویر- استوکز.................................................. 592-3. معادالت رینولدز ...................................................................................................................... 592-4. معادالت حرکت در جریان های آشفته ................................................................................... 602-5. معادله ی پیوستگی برای جریان آشفته ................................................................................. 602-6. معادله ي ممنتوم برای جریان آشفته ..................................................................................... 6162 ......................................................................................... 2-7. تنش برشی در جریان های آشفته

2-8. مدل سازی جریان های آشفته و مدل های آشفتگی................................................................ 63 2-9. انواع مدل های آشفتگی............................................................................................................. 6364 .............................................................. 2-10. مدل های صفر معادله ای )مدل های طول اختالفی(

فهرست مطالب

66 ......................................................... k 2-11. معادله ي حاکم بر انرژی جنبشی جریان متوسط2-12. ارزیابی عملکرد مدل ............................................................................................................. 6970 ........................................................................................... 2-13. مدل های معادله ی تنش رینولدز

فصل سوم: بررسی جریان و انتقال حرارت در مدل زانویی73 ............................................................................ بررسی جریان و انتقال حرارت در مدل زانویی

فصل چهارم: مدل سازی سه بعدی حرارت المپمدل سازی سه بعدی حرارت المپ.................................................................................................... 93

فصل پنجم: شبیه سازی سه بعدی جریان سیال و انتقال حرارت در میکسر T شکل109 ................................... شبیه سازی سه بعدی جریان سیال و انتقال حرارت در میکسر T شکل

فصل ششم: مدل سازی جریان فشرده ي سیال روی ایرفویلمدل سازی جریان فشرده ی سیال روی ایرفویل.......................................................................... 119

Nozzle فصل هفتم: مدل سازی جریان فشرده ي گذرا در127 ..............................................................................Nozzle مدل سازی جریان فشرده ی گذرا در

فصل هشتم: محاسبات دینامیک سیال در یک دمنده ي چرخان گریز از مرکز با رویکرد دوبعدیمحاسبات دینامیک سیال در یک دمنده ی چرخان گریز از مرکز با رویکرد دوبعدی.................. 143

فصل نهم: مدل سازی سه بعدی پاشش تبخیری مایع155 ..................................................................................... مدل سازی سه بعدی پاشش تبخیری مایع

فصل دهم: شبیه سازی دوبعدی شیر با استفاده از دینامیک مش 175 ................................................................. شبیه سازی دوبعدی شیر با استفاده از دینامیک مش

فصل یازدهم: شبیه سازی دوبعدی پمپ هیدرولیکی چرخ دنده ای با استفاده از دینامیک مش183 ........................ شبیه سازی دوبعدی پمپ هیدرولیکی چرخ دنده ای با استفاده از دینامیک مش

فصل دوازدهم: بررسی عملکرد و شبیه سازی سه بعدی شیر اریب دهانه ی موتور احتراق سوخت داخلی با استفاده از رویکرد هیبرید

193 .................................... بررسی عملکرد و شبیه سازی سه بعدی شیر اریب دهانه ی موتور ...

فصل سیزدهم: شبیه سازی موتور احتراق سوخت داخلی برای شیرهای عمودی موتور با استفاده Layers از رویکرد

شبیه سازی موتور احتراق سوخت داخلی برای شیرهای عمودی موتور ................................ 205

فصل چهاردهم: بررسی انتقال گرما و جرم برای چگالنده ی بخار یا میکسر مولتی فاز دوبعدیبررسی انتقال گرما و جرم برای چگالنده ی بخار یا میکسر مولتی فاز دوبعدی....................... 217

فصل پانزدهم: شبیه سازی سه بعدی سیستم گازپاششبیه سازی سه بعدی سیستم گازپاش........................................................................................... 229

فصل شانزدهم: استفاده از مدل انرژی خورشیدی برای تهویه ی سالناستفاده از مدل انرژی خورشیدی برای تهویه ی سالن............................................................... 243

فصل هفدهم: بررسی آشفتگی جریان در مبدل حرارتی به صورت دوبعدی259 .................................................. بررسی آشفتگی جریان در مبدل حرارتی به صورت دوبعدی

فصل هجدهم: شبیه سازی جریان دوبعدی مدل چندفازی اویلریشبیه سازی جریان دوبعدی مدل چندفازی اویلری...................................................................... 267

فصل نوزدهم: حل مسئله ی سقوط یک مکعب در آبحل مساله ی سقوط یک مکعب در آب )مساله ی شناوری با استفاده از دینامک مش(................. 275

فصل بیستم: شبیه سازی سه بعدی جدایش بمب از بال جنگنده با استفاده از دینامیک مششبیه سازی سه بعدی جدایش بمب از بال جنگنده با استفاده از دینامیک مش.......................... 285

ANSYS افزار نرممعرفی

ANSYS شرکت محصول ای رایانه مهندسی افزار نرم یکANSYS Inc است تحلیلی ابزارهای دسته از و

محدود یاجزا روش از که ANSYS افزار نرم. شود می استفاده آن در تحلیل و سازی مدل برای

دینامیکی، حرارتی، ساختاری، سازی بهینه راحتی به تا سازد می قادر را طراحان و نامهندس

در را ایمنی و اطمینان ضریب و ارتعاشی مُد های سازی همچنین شبیه و عملکردی و وزنی تعادل

ها سازه انواع تحلیل امکان ANSYS در شده بینی پیش ابزارهای. کنند اعمال رحلهم به مرحله هایشان طرح

و بتنی یا فوالدی اعضای فوالدی، اتصاالت مانند ای سازه اجزایو پل و سد مخزن، قاب، مانند

های تحلیل به توان می جمله آن از که است ساخته فراهم گوناگون های روش به ار ایزوالتورها

سازی شبیه برای .کرد شارها طیفی و زمانی ی تاریخچه وبرگشتی، مودال، رفت بارگذاری استاتیکی،

الگوهای با لنگر یا و نیرو جایی، هجاب شتاب، صورت به متعددیهای گزینه گاهی تکیه مختلف شرایط

رفتاری های مدل ،همچنین. اند استفاده قابل زمان با متغیر یا ثابت طور به که ندا سدستر در گوناگون

مدل و پراگر - دراگر مدل فوالد، خطی چند و دو های مدل مانند ترد و پذیر شکل مصالح از مختلفی

.روند کار می هب خطی غیر رفتار ی حوزه در که است شده بینی پیش آن در بتن شکست

1. FEM

صفر

فصل

ANSYS Fluentدینامیک سیاالت محاسباتی کاربردی با 41

ANSYS و معتبر طراحی یک قابلیت انجام که استای ساده ساز شبیه و قدرتمند افزار نرم

.کنند پیاده شان ی ی رایانه صفحه روی بر هایشان را ایده تا دهد می نامهندس و طراحان به را استاندارد

کاربری باعث که شود می استفاده ها داده پایگاه اتوماسیون آسان و کارآمد سیستم از افزار نرم این در

سال بیست برای که باشد قدرتمند چنان تواند می سازندگانش گفته به شده و افزار نرم این آسان بسیار

افزار نرم این بردن کار به با. باقی بماند اعتماد قابل و مفید موثر، ،طراحی مشکالت حل در آینده

سازی بهینه راحتی به یا طراحی کنند کمتر زمانی در را بهتر کیفیت با محصوالتی توانند می نامهندس

مُد های سازی شبیه همچنین و انجام دهند وزنی تعادل و دینامیکی ساختارهای حرارتی، را در

.کنند اعمال مرحله به مرحله هایشان طرح در را و ایمنی اطمینان ضریب و ارتعاشی

؟ANSYS چرا. 0-1

ANSYS و محدود المان مانند هایی روش از استفاده با که است قدرتمندی بسیار افزاری منر ی مجموعه

طیفی هارمونیک، مودال، ارتعاشات و دینامیک استاتیک، مسایل ازای گسترده طیف ،محدود حجم

در الکترومغناطیسو الکتروستاتیک پیزوالکتریک، آکوستیک، سیاالت، حرارت، انتقال ها، سازه

در برنامه این فرد به منحصرهای قابلیت .گیرد می بررد را غیرخطی و خطی پایدار، و گذراهای حالت

و الکترومغناطیس حرارتی، سیاالتی، ای، سازههای میدان از ترکیبی ه، ککوپله مسایل سازی شبیه

ی نسخه از پیش تا. است کرده تبدیل سازی شبیه ی برنامه پرکاربردترین به را ، آناست موارد دیگر

قالبی دارای گسترده امکانات رغم به افزار نرم اصلی محیط به بازار آمد، 3002 سال اواخر که ،افزار نرم

برای کاربران که چنان ،بود تو در تو و پیچیده بسیار منوهای و ضعیف گرافیکی امکانات با قدیمی

ارتباط کدنویسی به سلطم ماهر کاربران البته. شدند می سردرگمی دچار هادستور به دسترسی

ضعیف بسیار نیز افزار نرم هندسی سازی مدل امکانات این، بر عالوه. داشتند افزار نرم با تری آسان

محیط ی عمده مزیت البته. شد می استفاده هندسی مدل ی تهیه برای دیگر هایافزار نرم از اغلب و بود

و افزار نرم Help در متنوع بسیار کدهای وجود و APDL قدرتمند زبان به کدنویسی امکان ،قدیمی

ی دهنده هیارا شرکت استراتژی مشکالت، این بر عالوه. بود کاربران راهنمایی برای دیگر مراجع

مختلفهای زمینه در جهان قدرتمند هایافزار نرم از استفاده مجوز یا امتیاز خرید بر مبنی افزار، نرم

هایافزار نرم و انفجارو برخورد سازی شبیه در AutoDyn سیاالت، تحلیل در Fluent مانند مهندسی

.بود کرده بدل جدی چالشی به را افزار نرم اصلی محیط وها آن بین ارتباط دیگر، متعدد

محیط دارای که شد 3002 در ANSYS Workbench نام به محیطی تولد موجب مشکالت این وجود

روند گذشتههای سال طول در محیط این .است جهان روز هایافزار نرم با منطبق و پیشرفته کاربری

ی نسخه اینکه تا کرد طی جدید قالب به قدیمی محیط ی گسترده امکانات انتقال با را خود تکاملی

که دارد وجود قدیمی محیط درای ویژه امکانات هنوز اگرچه .شد افزار نرم قدیمی محیط جانشین رسماً

41

ANSYSافزار معرفی نرم :فصل صفر

قابل Workbench در محیط معادل هایدستور اعمال با ها آن از بسیاری اما ،است نشده منتقل کامال

های زیرمجموعه از یکی اکنون هم ،شود می نامیده ANSYS Classic گاه که ،قدیمی محیط .است استفاده

زبان به کدهایی تحلیل، برای کهاست افزار نرم کدنویسی محیط و Mechanical APDL نام با افزار نرم

APDL آن اصلی نقش و کند می ارسال ،دوش می استفاده هم قدیمی محیط در که اصلی حلگر به ایجاد

ANSYS Workbench محیط اکنون مه. است افزار نرم گسترده امکانات و کاربر بین آسان ارتباطی ایجاد

انواع انجام برای Mechanical محیط و هندسی طراحی برای Design Modeler ی پیشرفته محیط دارای

ای گسترده طیف است؛ قدیمی محیط از تر گسترده آن بندی المان امکانات است کهای سازههای تحلیل

ضربه انهدام، انفجار، لیمسا حل رایب Explicit-LS وAutoDyn ، STR-Dyna مانند مختلفهای ماژول از

EM ICCFD و FE Modeler؛سیاالت انواع ی پیشرفته تحلیل برای Fluent و PolyFlow ، CFX ؛برخورد و

و ساحلیهای سازه تحلیل برای ASAS و AQWA ؛ها المان کنترل و پیشرفته بندی المان برای

برای Ansoft ؛الکترونیک قطعات و ردهاوب الکتروترمال تحلیل برای IcePack و AirPack ؛فراساحلی

و سازی بهینه مانند پارامتریکهای تحلیل انواع انجام برای Design Explorer ؛الکترومغناطیس تحلیل

امکانات کنار در، امکانات این. شود می برقرار سادگی به ها آن بین ارتباط که دیگرهای ماژول

مسایل انواع تحلیل برای نظیر بیای مجموعه به را ANSYS افزار نرم ، Mechanical APDL کدنویسی

. است کرده تبدیل دانشگاهی و صنعتی

آنهای نمایندگی و ANSYS افزار نرم ی دهنده هیارا شرکت رسمیهای آموزش ،حاضر حال در

از هنوز کشور داخل آموزشیهای دوره و ها کتاب بیشتر در اگرچه ،است جدید محیط براساس

با. شود می انجام آن براساس ها آموزش و استفاده افزار نرم قدیمی محیط برای ANSYS اصطالح

مزایای ،کاربران به ANSYS Workbench آموزش که ماند نمی باقی تردیدی ،فوق توضیحات وجود

به نیاز که هستند خاصی کاربردهای دنبال به که کاربرانی حال عین در و داشت خواهد بسیاری

خواهند قدیمی محیط آموزش به نیاز ،دارند قدیمی محیط خاص امکانات از استفاده یا و کدنویسی

. داشت

ایهن و دانسهت رقیهب بهی را تهوان مهی ANSYS جهرات بهه ،ای رایانه مهندسی هایافزار نرم بین در

و COMSOL ماننهد رقیب هایافزار نرم در مقایسه با مسایل انواع زیاد حجم پوشش علت به را افزار نرم

Abaqus بهه عنهوان ... و مهواد ،شهیمی ،بهرق ،هوافضها ،مکانیهک دانشهجویان و صهنعتگران بهین در

.برد نام مهندسی افزار نرم ترین قوی البته و پرکاربردترین و ترین محبوب

1. Solver

ANSYS Fluentدینامیک سیاالت محاسباتی کاربردی با 41

ANSYS-Fluent افزار نرم معرفی. 0-2

افزار نرم این .دارد سیاالت تحلیل در فراوانیهای قابلیت که است مشهور صنعتی هایافزار نرم از یکی

یک توسط ابتدا ،افزار نرم این از استفاده برای .راستدا را بعدی سه و دوهای جریان سازی مدل قابلیت

بندی مش عمل و شود می مشخص جریان هندسه CAD هایافزار نرم یا Gambit مانند کمکی افزار نرم

استفاده ICEM CFD و Gambit مثل مشهای افزار نرم خروجی از Fluent افزار نرم. گیرد می صورت نیز

.کند می

هر تواند می کاربر و دارد را مضاعف دقت و معمولی دقت با محاسبات انجام قابلیت افزار نرم این

روش یک که شده بنا حجم محدود روش ی پایه بر افزار نرم ینا. کند انتخاب خود نیاز طبق را کدام

نظیر فراوانیهای قابلیت. است محاسباتی سیاالت دینامیکهای روش در مناسب و قوی بسیار

ذرات حرکت مغشوش، جریان احتراق، لزج، غیر و لزج دائم، جریان غیر و دائمهای جریان سازی مدل

و قوی بسیار افزار نرم یک به را Fluent ،دیگر قابلیت ها ده و پیوسته فاز یک در مایع قطرات و جامد

برای مشخص و اصلی روش دو تئوری محاسبات و عملی های آزمایش. است کرده تبدیل مشهور

. ندا تحقیقاتی و مختلف صنعتی کاربردهای در سیال جریان چگونگی و حرارت انتقال میزان بینی پیش

روی بر ها آزمایش که شود می داده ترجیح ،زیادهای هزینه سبب به تجربیهای گیری اندازه در

ها، آزمایش سازی ساده و ها پیچیدگی ذفح. انجام پذیرد اصلی ی نسخه از تر کوچک مقیاس با مدلی

عملی های روش که ندا مشکالتی جمله از ،گیری اندازه در موانع بعضی و گیری اندازههای دستگاه خطای

امتیاز ترین مهم .برند می سوال زیر موارد، بعضی در ،را ها حالت این کارآیی و هستند رو به رو ها آن با

موارد بسیاری گرچه در. است آن کم ی هزینه ،تجربیهای آزمایش با مقایسه در نظری های همحاسب

،گیرد صورت محاسباتیهای روش از استفاده با حرارت انتقال و جریان آنالیز شود می داده ترجیح

. دارد نیاز دیگر ی شده تایید نتایج یا و نتایج آزمایشگاهی با مقایسه به عددیهای تحلیل تایید ولی

مطلوبی آزمایش بتوان اگر و دارد بسیاری ارزش تجربیهای پژوهش انجام ن،امحقق میان رد

. آورد دست هب فراوانی اطالعات و داد گسترش ها آن بر محور را زیادیهای تحلیل توان می داد، انجام

آنالیز دینامیک موارد از بسیاری در قوی،های رایانه و گر محاسبههای دستگاه به دسترسی با امروزه،

پیچیدگی بررسی مورد ی پدیده هرچه . پذیرد می انجام عددیهای روش با حرارت انتقال و سیاالت

.کنند می پیدا بیشتری اهمیت عددیهای روش باشد، داشته بیشتری

1-0شکل

41

ANSYSافزار معرفی نرم :فصل صفر

بیشتر، یاتیجز با کامل اطالعات ،ها روش این با توان می عددی، محاسبات بیشتر سرعت بر عالوه

مقابل، در. آورد دست به مورد نظر ی حوزه سراسر در، حرارت درجه فشار، سرعت، تغییرات قبیل از

زمان صرف مستلزم و مشکلاغلب ،اطالعات گونه این آوردن دست هب برای آزمایشگاهی سازی شبیه

پیچیدگی علت به سیاالت، مکانیک به مربوط مسایل اکثر در. ممکن استنا شرایط بعضی در و زیاد

.یستن پذیر امکان تحلیلی حل از استفاده معادالت،

Fluent های واکنش و حرارت انتقال سیال، جریان سازی مدل برای ای است که منظوره چند افزار نرم

پیچیهده، و شهرایط مسهاله تعریف برای افزار نرم مناسب محیط به توجه اب. است شده نوشته شیمیایی

ایهن کمهک بهه مختلهف ههای پدیهده تهاثیر شهامل ،پیچیهده مسایل حل و گوناگون مرزی شرایط تعریف

را متفاوتی ای رایانه سازی شبیههای روش ،خاص مسایل تحلیل برای Fluent . است انجام قابل افزار نرم

منوههای نتهایج دیهدن و محاسهبه مسهاله، تعریهف کهار، راحتهی بهرای افهزار نرماین در. برد می کار هب

دیگهر از را مهوردنظر مهدل توانهد مهی Fluent ، نیهاز در صهورت . اسهت شهده گرفتهه درنظهر گوناگونی

بنهدی مهش تغییهر امکهان افهزار نهرم ایهن . کند وارد ،دارد سازگاری ها آن با که مدل تولید هایافزار نرم

و تولیهد قابهل ههای مهش نوع. سازد می فراهم را پیچیدههای بندی مش با جریان تحلیل و کامل صورت به

و( دوبعهدی ههای هندسهه برای) ضلعی و چهار مثلثیهای المان باهای مش شامل ،افزار نرم این با دریافت

. است بعدی سههای هندسه رایب ای گوه یا هرمی وجهی، شش وجهی، چهار

های مکان و مرز در مش کردن درشت یا ریز مثالًمش، دستکاری ی اجازه کاربر به Fluent همچنین

بزرگهای گرادیان دارای نواحی در که دهد اختیار میکاربر به افزار نرم این .دهد می را هندسه در الزم

ای مالحظه قابل طور به را تحلیل زمان مدتها قابلیت این. کند ایجاد را تری دقیق مش ،مرزی ی الیه مثل

. دهد می کاهش

زبان این انعطاف قابلیت و توان تمام از و است شده نوشته C نویسی برنامه زبان با افزار نرم این

کنترل و دینامیک ی حافظه و اطالعات،ها داده مناسب ساختار از استفاده با نتیجه در .برد می بهره

شود می ارایه ANSYS افزار نرم تحت اکنون هم افزار نرم این. سازد می ممکن را محاسبات پذیر انعطاف

FSI مسایل تحلیل برای توان می قابلیت این از .دارد سویه ارتباط دو آن مختلفهای محیط با و

.کرد استفاده

1. Fluid Structure Interaction

ANSYS Fluentدینامیک سیاالت محاسباتی کاربردی با 41

:اند از عبارت Fluent های قابلیت از برخی

؛یافته غیرساخت محاسبات بردن کاره ب با بعدی سه و بعدی دو ی پچیده های هندسه در جریان مدل

؛ناپذیر تراکم و پذیر تراکم جریان تحلیل

؛گذرا پایا و های جریان تحلیل

؛متالطم و آرام ،زوج های جریان تحلیل

؛نیتغیرنیو و تنیونی سیاالت کردن مدل

؛اجباری یا آزاد جایی هجاب شامل جایی جابه حرارت انتقال

؛هدایتی /جایی هجاب حرارت انتقال ترکیب

؛تششعی حرارت انتقال

؛ای گردابه های جریان مدل

؛موارد دیگر و احتراق شامل شیمیایی های واکنش کردن مدل

؛ذرات فاز تغییر برای الگرانژی محاسبات

؛شیمیایی ترکیبات و اغتشاش ممنتوم، جرم، گرما، از حجمی اختیاری های ترم افزودن

فازی چند( فاز مولتی های جریان کردن مدل).

منظور به اما ،مبحث اصلی این کتاب است گرما انتقال بررسی و سیال جریان سازی شبیه آموزش

طهور همهین و جریان عددی حلهای روش و افزار نرم مبانی نظری باید تر آسان و کاربری بهتر درک

مباحهث بهه شهود پیشنهاد می .شود بررسی از آموزش پیش افزار نرم در مرزی طیشرا اعمال ی نحوه

و بهتهر درک برای و عددی های تکنیک از استفاده و مربوط معادالت و حل سیاالت دینامیک به مربوط

ههای افزار نرم از یکی به تسلط همچنین .کنید مراجعه ،زمینه این در مرجع به کتب، CFD مباحث بیشتر

CAD ماننهد SolidWork، CATIA و Unigraphics بهه تسهلط و سهیال جریهان مهدل سهاخت بهرای

از (فایهل مهش ) المهان تولیهد برای GAMBIT یا و ANSYS ICEM CFD مانند شبکه های تولیدافزار نرم

به مربوط نیازهای پیش زمینه این در مربوط کتب تهیه با توانید می . است افزار نرم با کار اصلی شروط

کامهل طهور بهه ANSYS FLUENT 15 افهزار نهرم ،کتهاب این رد. بگذرانید را Fluent افزار نرم کردن کار

و متوسط ساده، مسایل از وسیعی طیف که شده گرفته نظر درای گونه به مباحث و شده داده آموزش

.است مباحث یادگیری اصلی شرط کتاب با بودن قدم هم بنابراین ؛دهد پوشش را پیشرفته

الزامی ،اولیه و مرزی شرایط تعیین ای، پاره دیفرانسیلی معادالت ی گسسته فرم عددی حل برای

نیز سیال جریان عددی سازی شبیه در. شود می محسوب اصل ریاضی یک بحث در موضوع این. است

ی دامنه مرزهای در نیز جریان و فیزیک نوع باید معادالت، حل ریاضی بحث بودن مطرح بر عالوه

دینامیک سیاالت در مرزی شرایط تعریف از هدف بنابراین .شود شناسانده گر حل به محاسباتی

41

ANSYSافزار معرفی نرم :فصل صفر

ویژگی تعریف نیز و خاص چارچوب یک در آن حل برای معادالت ی گسسته فرم ساختن مقید عددی،

طیشرا کردن برقرار برای کلی الگوریتم یک از افزار نرم. است محاسباتی ی همرزهای دامن در جریان

:کند می پیروی زیر مشابه لهامس

سیال حرکت مسیر و نظر مورد سیال ،سیاالت مسایل حل برای :جریان ی هندسه تعیین .

یک از هر یا ANSYS design modeler محیط در تواند می سازی مدل این. شود می سازی مدل

.انجام شود Unigraphic و SolidWorks ، CATIA نظیر CAD هایافزار نرم

ی پیشرفتههای تکنیک از سیال به مربوط معادالت عددی حل برای :المان یا شبکه تولید .3

بهره حجم کنترل یا محدود حجم روش از Fluent افزار نرم که شود می استفاده ریاضی

حل در لهادقت مس و جریان هندسه نوع به بسته مختلفهای تکنیک با شبکه تولید .جوید می

و ANSYS Icem CFD افزار نرم در تواند می مرحله این .دارد اهمیت بسیار لهامس درست

GAMBIT یا فایل مش فرمت باها افزار نرم این خروجی فایل در نهایت. شود انجام .msh فایل

.است Fluent افزار نرم ورودی

محیط خود در مش ابزارهای از تا آمده به وجود کاربر برای امکان این ANSYS 15ی نسخه از: نکته

Fluent کند استفاده.

های ویژگی و (آشفته یا آرام جریان) جریان مدل کردن مشخص :مرزی طیشرا اعمال .2

و سطوح روی مرزی طیشرا اعمال و جریان مربوط به فازهای تعیین و جریان فیزیکی

.گیرد می انجام مرحله این در ... و دینامیکی مش به مربوط مباحث

.شود می انجام حل به مربوط های تنظیم مرحله این در :حل .4

.است فراخوانی قابل مرحله این در لهامس در شده پیگیری اهداف و نتایج تمام :نتایج پردازش .5

طور همین و نرمال بردارهای و جریان خطوط ی مشاهده ، مختلف هایکانتور ی مشاهده

این در .گیرد می صورت مرحله این در جریان مدل از میشنیان ساخت و نمودار استخراج

و ANSYS Workbench افزار نرم طریق از هم و Fluent افزار نرم خود از توان می هم ،تقسم

.کرد استفاده CFD Post محیط ازنیز

.شود استفاده نتایج حل برای CFD-Post افزار نرم از شود می پیشنهادالبته

0-3 .ANSYS Workbench

Workbench ابزارهای با را حلگرها ی هسته های قابلیت و ها توانایی تمامی که است یافزار نرم بستر یک

بهر تهوان می Workbench از استفاده با. است کرده ترکیب پروژه بهتر مدیریت برای محصول مدیریت

ههای تحلیهل Workbench در. داشهت مهدیریت انتهها تها ابتهدا از سهازی شبیه ی پروژه فرایندهای تمامی

ANSYS Fluentدینامیک سیاالت محاسباتی کاربردی با 02

دو شهامل افهزاری این بسته نرم. است شده سازی هدسا کردن رها و کشیدن فرایند با فیزیکی ی پیچیده

بنهدی مشبرای دیگری و ANSYS Design Modeler نام به هندسی سازی مدل براییکی قدرتمند افزار نرم

.اسهت پیچیهده ههای مهدل ساخت برای ابزاری ANSYS Design Modeler که است ANSYS Meshing نام به

، ANSYS Meshing بها و داد انجهام را پهارامتری کهامال صورت به را سازی مدل DM از استفاده با توان می

های توانایی .است بندی مش برای درتمندق ابزاری ANSYS Meshing .کرد ترکیب را پارامتری بندی مش

ایهن مزایهای جملهه از حلگرهها و فیزیکهی ههای تنظهیم بها هندسهه خودکار بندی مش در ANSYS باالی

که صورتی به داد انجام پارامتری صورت به را هندسه بندی مش توان می به این ترتیب، .است افزار نرم

.کند تغییر بندی مش پارامترها تغییر با

ابزار جعبه یا ساخت برای متمایزی کاربردهای که است شده تعریف شیپ از یافزار نرم بستر یک

.کرد استفاده کوپل تحلیل کاربردهای از توان می ،قسمت ایندر .دارد تحلیلی های سیستم از استفاده

تشکیل اصلی قسمت پنج از ،ابزار عبهج. ستا شده فراهم قسمت این در نیز پارامتری مدیریت امکان

:است شده

Systems Analysis : ؛ بهه نحهوی کهه کهرد آغهاز را پهروژه تهوان مهی قسهمت این از استفاده با

Schematic Project محهیط وارد قسمت این از نظر مورد های تحلیل اسامی از یکی که است کافی

.شود

Systems Component : محیط از خارج در که است مستقلی هایافزار نرم شامل قسمت این

Workbench و ها فایل توان می ،قسمت این در هاافزار نرم این از کدام هر اجرای با. دارند قرار

.کرد مدیریترا هاافزار نرم این تحلیل های داده

Systems Custom : ندا شده تعریف قبل از که است کوپلی های تحلیل شامل قسمت این.

Exploration Design :مهندسی های طراحی در پارامتری مطالعات انجام برای قسمت این از

.شود می استفاده

Schematic Project : شهود می ایجاد پروژه یک کاری یندافر و ساختار آن در که است محیطی.

چنهدین از کهدام ههر کهه شهوند می داده نمایش سیستم یک صورت به ها تحلیل محیط، این در

و کشهیدن فراینهد ازتهوان می Workbench در تحلیل شروع برای. اند شده تشکیل مجزا سلول

نظر مورد تحلیل روی ،برای این منظور .کرد استفاده Schematic Project محیط در کردن رها

ههر .کنیهد رهها Schematic Project محهیط در و بکشهید را آن ،کنید کلیک Toolbox قسمت در

سیسهتم یهک ،شهود مهی اضهافه Schematic Project محهیط بهه Toolbox قسهمت از که تحلیلی

1. Toolbox