شبیه‌سازی پدیده کاویتاسیون در پمپ گریز از مرکز

شبیه‌سازی پدیده کاویتاسیون در پمپ گریز از مرکز

مقدمه

پمپ‌های گریز از مرکز (Centrifugal Pumps) یکی از پرکاربردترین تجهیزات انتقال سیال در صنایع مختلف هستند؛ از تأسیسات آب‌رسانی گرفته تا صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها و سیستم‌های خنک‌کاری. یکی از چالش‌های مهم این پمپ‌ها پدیده کاویتاسیون (Cavitation) است؛ پدیده‌ای که زمانی رخ می‌دهد که فشار محلی سیال در بخشی از پمپ از فشار بخار آن کمتر شود. نتیجه آن تشکیل حباب‌های بخار، انفجار ناگهانی آنها و در نهایت آسیب شدید به پره‌ها، کاهش بازده و افزایش لرزش و صدا است.

دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) ابزاری قدرتمند برای شبیه‌سازی و تحلیل این پدیده پیچیده فراهم کرده است. در این مقاله به زبان روان و قابل فهم، اما دقیق و علمی، روند شبیه‌سازی کاویتاسیون در پمپ گریز از مرکز را بررسی می‌کنیم.

تحلیل جریان عبوری از ایرفویل در زوایای حمله مختلف

تحلیل جریان عبوری از ایرفویل در زوایای حمله مختلف

مقدمه

ایرفویل‌ها (Airfoils) قلب آیرودینامیک پرواز هستند. اینکه یک هواپیما بتواند برخیزد، اوج بگیرد و حتی با مصرف کمتر سوخت پرواز کند، به شکل و رفتار جریان روی ایرفویل وابسته است. یکی از مهم‌ترین عواملی که رفتار جریان و در نتیجه عملکرد آیرودینامیکی بال را تعیین می‌کند، زاویۀ حمله (Angle of Attack یا AoA) است. تغییر زاویه حمله می‌تواند توزیع فشار، مسیر خطوط جریان، جدایش لایه مرزی و در نهایت نیروهای لیفت و درگ را به شکل چشمگیری دگرگون کند.

در دنیای دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، تحلیل جریان روی ایرفویل یکی از پرکاربردترین و جذاب‌ترین پروژه‌هاست؛ زیرا نه‌تنها برای آموزش مناسب است، بلکه در طراحی‌های صنعتی نیز نقش کلیدی دارد. در این مقاله تلاش شده با زبان روان، اما دقیق و علمی، روند تحلیل جریان روی ایرفویل در زوایای حمله مختلف توضیح داده شود.

شبیه‌سازی عددی جریان آشفته و بررسی یک مثال ساده در کانال دوبعدی با مدل‌های مختلف توربولانسی

شبیه‌سازی عددی جریان آشفته و بررسی یک مثال ساده در کانال دوبعدی با مدل‌های مختلف توربولانسی

مقدمه

جریان آشفته یکی از پیچیده‌ترین پدیده‌های مهندسی سیالات است. رفتار غیرخطی، گردابه‌های کوچک و بزرگ، نوسانات زمانی و حساسیت شدید به شرایط مرزی باعث شده که مدل‌سازی این نوع جریان همیشه چالشی جدی باشد. با پیشرفت روش‌های عددی و افزایش قدرت سخت‌افزار، شبیه‌سازی جریان آشفته در محیط‌های مهندسی – از جمله کانال‌های دوبعدی – به یکی از رایج‌ترین و کاربردی‌ترین موضوعات در دینامیک سیالات محاسباتی (Computational Fluid Dynamics) تبدیل شده است.

در این مقاله، با زبانی روان، به بررسی شبیه‌سازی جریان آشفته در یک کانال دوبعدی می‌پردازیم و نشان می‌دهیم که چطور انتخاب مدل توربولانسی مناسب می‌تواند بر دقت نتایج اثر بگذارد. همچنین تجربه استفاده از نرم‌افزارهایی مانند ANSYS Fluent، CFX، و COMSOL و نیز امکان مدل‌سازی با زبان‌های برنامه‌نویسی مثل MATLAB، Python و Fortran را مرور می‌کنیم.

شبیه‌سازی ناپایداری ریلی–تایلور (Rayleigh–Taylor) با VOF و مدل k–ω

شبیه‌سازی ناپایداری ریلی–تایلور (Rayleigh–Taylor) با VOF و مدل k–ω 

شرح مسئله
هدف این پروژه شبیه‌سازی عددی و آنالیز ناپایداری ریلی–تایلور میان دو سیال با چگالی متفاوت است. در زمان اولیه $t=0$ سیال چگال‌تر در بالای سیال سبک‌تر قرار دارد و تحت اثر گرانش، سیال سنگین به‌سوی پایین حرکت می‌کند؛ در اثر این عدم‌پایداری، ساختارهای مشخصی شامل «نوک‌تیزی‌ها (spikes)» و «حباب‌ها (bubbles)» شکل می‌گیرند، مرز فاز تغییر شکل می‌یابد و لایه‌ی اختلاط رشد می‌کند. هدف شبیه‌سازی، ثبت دقیق روند نفوذ، رشد ناپایداری و رفتار گذرا، و استخراج میدان‌های فاز، سرعت و فشار در بازه زمانی مورد بررسی است.

شبیه‌سازی عددی جریان تراکم‌پذیر اطراف ایرفویل بای‌کانوکس

شبیه‌سازی عددی جریان تراکم‌پذیر اطراف ایرفویل بای‌کانوکس

شرح مسئله

در این پروژه، جریان اطراف یک ایرفویل بای‌کانوکس (Biconvex Airfoil) با استفاده از معادلات اویلر به‌صورت عددی در MATLAB شبیه‌سازی شده است. هدف اصلی، تحلیل توزیع فشار روی سطح ایرفویل و پیش‌بینی تشکیل امواج شوک در شرایط جریان تراکم‌پذیر است. این مطالعه امکان بررسی رفتار جریان تراکم‌پذیر و اثر تغییر زاویه حمله و عدد ماخ بر شکل‌گیری شوک‌ها را فراهم می‌کند.

تحلیل عددی تأثیر جانمایی هیدروپلن‌ها بر حرکات دینامیکی زیردریایی در سه درجه آزادی

تحلیل عددی تأثیر جانمایی هیدروپلن‌ها بر حرکات دینامیکی زیردریایی در سه درجه آزادی

شرح مسئله

در این پروژه، تأثیر جانمایی و زاویه هیدروپلن‌ها (بالک‌ها) بر رفتار دینامیکی یک زیردریایی مورد بررسی عددی قرار گرفته است. هدف اصلی مطالعه، تحلیل نیروها و گشتاورهای هیدرودینامیکی ایجادشده توسط بالک‌ها و بررسی اثر آن‌ها بر حرکات رول (Roll)، پیچ (Pitch) و هیو (Heave) در شرایط سطحی و عمق پریسکوپ است. نتایج این تحلیل می‌تواند در بهبود طراحی، پایداری و مانورپذیری زیردریایی در شرایط عملیاتی مؤثر باشد.

جریان دوفازی حباب هوا در آب در زانویی با زاویه 90 درجه

شبیه‌سازی عددی جریان دوفازی حباب هوا در آب داخل زانویی ۹۰ درجه

شرح مسئله

در این پروژه، حرکت و رفتار دوفازی حباب‌های هوا در آب درون یک زانویی ۹۰ درجه به‌صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. هدف اصلی تحلیل نحوه جابه‌جایی، ادغام، تغییر شکل و تأثیر هندسه زانویی بر توزیع فازها و میدان جریان است. این مطالعه برای کاربردهایی مانند سیستم‌های انتقال آب، پمپ‌ها و خطوط لوله چندفازی اهمیت دارد.