شبیه سازی و مدل سازی خنک کننده تبخیری
شبیه سازی و مدل سازی خنک کننده تبخیری وقتی به تبخیر فکر می کنید، احتمالاً به فنجان روی میزتان فکر می کنید که عطر قهوه یا چای را پخش می کند. اما تبخیر نیز فرآیندی است با کاربردهای صنعتی و علمی فراوان، از هواشناسی گرفته تا فرآوری مواد غذایی. در اینجا، ما مقدمه ای برای مدل سازی خنک کننده تبخیری با استفاده از یک فنجان قهوه به عنوان مثال ارائه می دهیم.
برخی از مفاهیم اساسی مدل سازی تبخیر در COMSOL
تبخیر فرآیندی است که اگر ماده ای در فاز مایع خود تبخیر شود و به مخلوط گازی تبدیل شود که از آن ماده اشباع نشده باشد، تبخیر می شود. ما این فرآیند و خواص مشخصه آن را با استفاده از آب به عنوان ماده مایع و هوا به عنوان گاز مثال می زنیم.
بیایید ابتدا فشار اشباع را تعریف کنیم، که در آن فاز گاز یک ماده با فاز مایع آن در تعادل است. این به شدت وابسته به دما است و تقریب های زیادی وجود دارد که همه بسیار شبیه هستند اما دقیقاً یکسان نیستند.
خواص ترمودینامیکی هوای مرطوب به کسر بخار آب بستگی دارد. فرمول مخلوط برای توصیف خواص با مقدار متناسب هوای خشک و بخار آب استفاده می شود. با فرض اینکه هوا به عنوان یک گاز ایده آل رفتار می کند.
مدل سازی خنک کننده تبخیری: نمونه ای از فنجان قهوه
قبل از راه‌اندازی مدل COMSOL، بیایید اثراتی را که باعث سرد شدن قهوه در هنگام تبخیر می‌شود، در نظر بگیریم.
فرض می‌کنیم هوای کمی در اطراف فنجان (یا لیوان، چون در این مورد دستگیره وجود ندارد) که با انتقال گرما و حذف بخار آب از سطح، خنک‌سازی را تسریع می‌کند. در فصل مشترک قهوه-هوا، بخار از مایع به هوا خارج می شود و باعث خنک شدن اضافی با تبخیر می شود.
نحوه اجرای اثر خنک کننده تبخیری در یک مدل
اولین قدم استفاده از تقارن است که اندازه مدل و در نتیجه زمان محاسبات را کاهش می دهد. برای کشش اندک هوا، از رابط جریان توربولنت آشفتگی با سرعت هوای ثابت استفاده می کنیم. یک تقریب منطقی در اینجا این است که فرض کنیم میدان جریان با تغییر دما و رطوبت تغییر نخواهد کرد. از این رو، ما یک میدان سرعت ثابت را در یک مطالعه اولیه محاسبه می‌کنیم.
آموزش comsol
چه چیز دیگری برای مدل سازی اثر خنک کننده تبخیری نیاز داریم؟
شبیه سازی و مدل سازی خنک کننده تبخیری
به لطف کوپلینگ چندفیزیکی از پیش تعریف شده Heat and Moisture، اجرای اثر خنک کننده تبخیری در یک مدل COMSOL آسان است.
رابط مولتی فیزیک هوای مرطوب به طور خودکار رابط انتقال حرارت در هوای مرطوب را با رابط انتقال رطوبت در هوا جفت می کند و بنابراین انتقال گرما و رطوبت و همچنین تعامل هر دو فرآیند را با استفاده از گره جفت کننده چندفیزیکی گرما و رطوبت توصیف می کند. برای اینکه میدان جریان را به هر دو رابط حمل و نقل متصل کنید، گره های جفت کننده چندفیزیکی جریان غیر گرمایی و جریان رطوبت را اضافه کنید. متناوبا، رابط Heat and Moisture Flow در دسترس است که در حال حاضر تمام رابط های مورد نیاز و کوپلینگ های آنها را فراهم می کند.
گره جریان غیر گرمایی کوپلینگ بین رابط جریان و گرما را تعریف می کند. توجه داشته باشید که در این مورد، ما نیازی به رویکرد جفت شده قوی نداریم، زیرا میدان جریان مستقل از دما یا رطوبت فرض می شود. به عبارت دیگر، خواص مواد برای محاسبه جریان ثابت فرض می شود. برای این منظور می توان از تقریب Boussinesq استفاده کرد. گره جریان غیر گرمایی نیز اثرات آشفتگی در رابط های انتقال حرارت را به حساب می آورد. گره Moisture Flow جریان و رابط های انتقال رطوبت را جفت می کند و اثرات آشفتگی در رابط انتقال در نظر گرفته می شود.
گره های چندفیزیکی برای جریان غیر گرمایی (چپ) و جریان رطوبت (راست). تنظیمات گره جریان غیر گرمایی ویژگی‌های جریان غیر گرمایی را تعریف می‌کنند: نام رابط‌ها، مدل آشفتگی برای گرما، ویژگی‌های معمول مواد برای رابط انتقال حرارت و جریان، و گرمایش جریان. تنظیمات گره Moisture Flow نام رابط ها و یک مدل آشفتگی را برای انتقال رطوبت تعریف می کند.
میتوانید برای آموزش کامسول اقدام کنید.
رابط انتقال حرارت توزیع دما را در هوای مرطوب محاسبه می کند و این نیاز به رطوبت نسبی محاسبه شده با رابط انتقال رطوبت دارد. رطوبت نسبی به نوبه خود به دما بستگی دارد. در سطح آب مرطوب، رطوبت نسبی همیشه 100٪ خواهد بود. از این رو، غلظت اشباع به دست می آید و طبق رابطه 2 تعریف می شود.
شرط مرزی سطح مرطوب برای محاسبه شار تبخیر از سطح به هوای مرطوب استفاده می شود. اگر کادر بررسی شامل منبع گرمای نهان روی سطوح انتخاب شود (پیش‌فرض)، شار گرمای نهان بر اساس گرمای نهان آب وابسته به دما محاسبه می‌شود. در مجموع، این یک پدیده به شدت همراه است که در کوتاه ترین زمان با رابط ها و کوپلینگ های موجود پیاده سازی می شود.
شبیه سازی معادله بولتزمن تابع توزیع انرژی الکترون را از اینجا بخوانید.
