شبیه سازی همرفت Natural Convection کامسول
شبیه سازی همرفت Natural Convection کامسول همرفت طبیعی نوعی انتقال گرما است که در کاربردهای مهندسی در همه اندازه ها یافت می شود. به عنوان مثال، این پدیده به حفظ دمای معقول در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک و ساختمان‌های بزرگ کمک می‌کند. بدون توجه به منطقه کاربردی، مهندسان طراح می توانند از نرم افزار COMSOL Multiphysics® برای مدل سازی همرفت طبیعی در هوا برای هندسه های دو بعدی و سه بعدی استفاده کنند.
انجام پروژه کامسول انتقال گرما با همرفت طبیعی
فرآیند همرفت طبیعی که جریان شناوری یا همرفت آزاد نیز نامیده می‌شود، شامل گرادیان‌های دما و چگالی است که باعث حرکت سیال (مانند هوا) می‌شود و منجر به انتقال گرما می‌شود. بر خلاف جابجایی اجباری، هیچ فن یا منبع خارجی برای تولید جریان سیال مورد نیاز نیست – فقط تفاوت در دما و چگالی.
همرفت طبیعی در هوا کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارد. در زمینه الکترونیک، این پدیده گرما را در دستگاه ها دفع می کند که به جلوگیری از گرم شدن بیش از حد آنها کمک می کند. علاوه بر این، سازه هایی مانند دودکش های خورشیدی و دیوارهای ترومب از این روش انتقال گرما برای گرم کردن و خنک کردن ساختمان ها استفاده می کنند. صنعت کشاورزی همچنین به همرفت طبیعی بستگی دارد که به خشک کردن و ذخیره سازی محصولات مختلف کمک می کند. مطالعه همرفت طبیعی در هوا برای هر دو مدل دو بعدی و سه بعدی امکان پذیر است. بیایید به یک مثال نگاه کنیم…
شبیه سازی همرفت طبیعی در هوا
آموزش شناوری جریان در هوا نشان می دهد که چگونه می توان همرفت طبیعی در هوا را برای دو هندسه مدل کرد:
مربع دو بعدی
مکعب سه بعدی
در هر دو حالت، تمام لبه ها به جز سمت چپ و راست که به ترتیب روی دمای پایین و بالا تنظیم می شوند، عایق بندی شده اند. اختلاف دما (حدود 10 کلوین) منجر به شیب چگالی در هوا می شود و جریان شناوری ایجاد می کند. توجه داشته باشید که اضلاع مکعب بیشتر از مربع است که بر نحوه جریان هوا تأثیر می گذارد.
انجام پروژه comsol شبیه سازی همرفت Natural Convection کامسول
برای ساده کردن تنظیمات مدل، چند ویژگی داخلی در COMSOL وجود دارد که می‌توانیم از آنها استفاده کنیم. ابتدا رابط جریان غیر گرمایی از پیش تعریف شده است که دینامیک سیالات و انتقال حرارت را در مدل جفت می کند. همچنین می‌توانیم از Material Library برای تعیین آسان خواص ترموفیزیکی هوا استفاده کنیم.
سپس، می‌توانیم رژیم جریان را با محاسبه اعداد گراشوف، ریلی و پراندتل تخمین بزنیم. اعداد گراشوف و ریلی نشان می‌دهند که جریان آرام است و سرعت آن حدود 0.2 متر بر ثانیه است. در مورد عدد پراندتل، این نشان می‌دهد که ویسکوزیته بر شناوری هوا تأثیر نمی‌گذارد و ضخامت لایه برشی حدود 3 میلی‌متر است.
برای جزئیات بیشتر در مورد تخمین رژیم جریان، مستندات مدل را از وبلاگ ما دانلود کنید.
توجه: مدل آموزش شناوری جریان در آب یک مدل مشابه را با آب به جای هوا نشان می دهد.
شبیه سازی استنت بایومدیکال با کامسول را مطالعه بفرمایید.
بررسی نتایج شبیه سازی دو بعدی و سه بعدی
بیایید نگاهی به نتایج بیندازیم، از بزرگی سرعت هوا در مربع دو بعدی شروع کنیم. در تصویر سمت چپ زیر می بینیم که با نزدیک شدن هوا به لبه های چپ و راست، سرعت با حداکثر سرعت 0.05 متر بر ثانیه افزایش می یابد. در حالی که این مقدار کمی کمتر از سرعت تخمینی محاسبه شده با استفاده از اعداد گراشوف و ریلی است، اما همچنان در همان ترتیب قدر است. علاوه بر این، ضخامت لایه برشی (3 میلی متر) با تخمین عدد پراندتل مطابقت دارد. همانطور که در زیر نشان داده شده است، نتایج اندازه سرعت در مکعب سه بعدی مشابه نتایج مربع دو بعدی است. در ادامه، اجازه دهید دما را بررسی کنیم. نتایج برای هندسه دو بعدی یک سلول همرفتی منفرد مربع را پر می کند و هوا در اطراف لبه ها جریان دارد. می بینیم که جریان هوا در سمت چپ و راست سریعتر است، جایی که اختلاف دما در آنها بیشترین است. نتایج سه بعدی سناریوی کمی متفاوت را نشان می دهد. سلول های همرفتی کوچکی در مکعب در گوشه های یک صفحه عمودی عمود بر اضلاع گرم شده وجود دارد. همانطور که گفته شد، این تفاوت احتمالاً به این دلیل است که طرف جلو و عقب در مکعب چگونه بر جریان هوا تأثیر می گذارد.
