مدل mixture در انسیس فلوئنت | روش Mixture در جریان های دو و چند فازی

یکی از روش های شبیه سازی جریان های دو  و چند فازی در انسیس فلوئنت استفاده از مدل Mixture یا مخلوط می­ باشد. برای فعال کردن این روش در نرم افزار انسیس فلوئنت باید به روش زیر عمل کنیم:

کاربرد های مدل mixture در انسیس فلوئنت

مدل mixture در انسیس فلوئنت برای دو یا تعداد بالاتری از فازها طراحی شده است. در مدل mixture مانند مدل Eulerian، فازها میتواند درهم تنیده شوند.  در مدل میکسچر، معادله مومنتوم برای هر دو فاز حل می شود و از سرعت های نسبی جهت توصیف رفتار فاز دوم استفاده می شود . از جمله کاربردهای مدل mixture میتوان به شبیه سازی جریان حامل ذرات با بار کم، جریان های حبابی، مدل­ سازی رسوب ، جدا کننده های سایکلونی، شبیه سازی تبخیر در انسیس فلوئنت و شبیه سازی کاویتاسیون اشاره کرد.

مقایسه مدل mixture در انسیس فلوئنت با سایر مدل ها :

روش شبیه سازی  mixture  در انسیس فلوئنت با مدل Eulerian  از سه جهت متفاوت می ­باشد:

1. معادله ممنتوم با استفاده از سرعت میانگین فازها حل می شود.
2. کسر حجمی هر سیال یا فاز موجود در شبیه سازی در کل دامنه ردیابی می شود.
3. ضرایب تخفیف ذرات کوچکتر از 0.001 – 0.01 ثانیه است.
4. برای مدل­سازی سرعت نسبی بین فازها به صورت جبری، از فرض تعادل موضعی استفاده می­ شود. این مدل برای میدان سیال که جریان در هر دو فاز هم راستا بوده و ته نشینی وجود ندارد، کارایی خوبی دارد.

حتما بخوانید

آموزش جریان چندفازی

8 ساعت

در مدل mixture مانند مدل VOF  ، فازهای اولیه و ثانویه می ­بایست مشخص گردد. مثل روش VOF برای تعیین هر کدام از فازها به صورت زیر عمل می­کنیم:

تشخیص فاز اولیه و ثانویه بستگی به مسئله و شبیه سازی شما دارد مثلا  در شبیه سازی جریان در لوله­ های حلقه بسته ، فاز اولیه شبیه سازی را آب و فاز ثانویه را بخار آب انتخاب می­کنیم.  دلیل این انتخاب، حضور آب به عنوان فاز موجود در لحظات ابتدایی شبیه­ سازی و تبدیل آن به بخار در طول زمان شبیه سازی می­ باشد.

اما یکی از تفاوت های انتخاب فاز ثانویه در مدل Mixture در فلوئنت تنظیمات بیشتر این بخش در مقایسه با سایر روش ها می­ باشد. مثلا زمانی که از روش VOF برای شبیه­ سازی جریان­ های چند فازی استفاده می ­شود، تنها تنظیماتی که کاربر با آن رو به رو است مربوط به تغییرات نام فازها است. اما در روش میکسچر در انسیس فلوئنت برای فاز ثانویه تنظیماتی بیشتری در دسترس می­ باشد. مثلا  میتوانیم قطر ذرات یا حباب­ های تولید شده در طول شبیه­ سازی را به نرم افزار انسیس فلوئنت وارد کنیم.

درصورتی که در هنگام انتخاب مدل Mixture از سرعت لغزشی استفاده نمی کنید، تنظیم قطر ضروری نمی ­باشد.

در صورت استفاده از مدل Mixture با غیر فعال کردن سرعت لغرشی، میدان جریان چند فازی به صورت همگن فرض شده و تمام فازها با سرعت یکسان حرکت می­ کنند. در انسیس فلوئنت به صورت پیش­فرض، سرعت لغزشی برای فاز دوم محاسبه می­ شود. در صورتی که میخواهید در روش mixture فازهای سیال با سرعت یکسان وارد دامنه محاسباتی شوند کافی است مطابق با تصویر زیر از منوی مدل mixture، بخش مربوط به سرعت لغزشی(Slip Velocity) را غیر فعال کنید.

محدودیت های مدل  Mixture در انسیس فلوئنت

محدودیت های روش شبیه سازی mixture (میکسچر در انسیس فلوئنت) عبارتند از:

1. برای استفاده از روش Mixture در انسیس فلوئنت تنها مجاز به استفاده از حلگر فشار مبنا (Pressure-Base) هستیم.
2. در مدل میکسچر تنها یک فاز میتواند گاز ایده-آل (ideal-gas) باشد. هیچ محدودیتی در استفاده از مایع تراکم ­پذیر توسط توابع تعریف شده توسط کاربر(کد نویسی UDF) نمی ­باشد.
3. مدل­سازی فرآیند انجماد و ذوب توسط مدل چند فازی Mixture امکان­پذیر نمی ­باشد.
4. نمیتوان از روش Mixture در جریان های غیرلزج استفاده کرد.

شبیه سازی تبخیر در انسیس فلوئنت (Evaporation-Condensation in Ansys FLuent)

یکی از کاربردهای روش mixture، شبیه سازی تبخیر درانسیس فلوئنت، شبیه سازی کاویتاسیون و… می­ باشد. در این روش با روشن کردن معادله انتقال جرم، میتوانیم هریک از شبیه­ سازی های مذکور را انجام دهیم. برای این کار تنها باید به سربرگ Phase interaction رفته و با انتخاب Mass، معادله انتقال جرم را فعال کنیم.

برای فراگیری کامل و اصولی مدل mixture در انسیس فلوئنت می توانید از هریک از دوره های آموزش انسیس فلوئنت و آموزش شبیه سازی جریان های چندفازی  که در آن ها چندین مقاله ISI اعتبار سنجی شده اند ، استفاده کنید. تا علاوه برا فراگیری نکات تخصصی این مدل ، با مقالات ISI در این زمینه هم آشنا شوید.