طراحی هیدرولیکی پمپ های کرایوژنیک

پمپ های کرایوژنیک از پمپ های حساس و پراهمیت در انتقال گازهای مایع هستند. به عنوان مثال این پمپ ها به منظور انتقال پروپان و بوتان مایع از مخازن کم فشار فازهای مختلف عسلویه به سمت کشتی های صادرات مورد استفاده قرار می گیرند. تست این پمپ ها با نیتروژن مایع با دمای منفی صد و نود و هشت درجه سانتی گراد انجام می گیرد. این پمپ ها از نوع مستغرق و دیفیوزری هستند. طراحی این پمپ ها از حساسیت خاصی برخودار است. یکی از حساسیت های طراحی هیدرولیکی این پمپ ها طراحی پمپ بدون وجود نیروهای شعاعی و محوری است. سیستم کنترل نیروهای تراست در این پمپ ها بگونه ای طراحی می شود که پمپ بصورت اتوماتیک از اعمال نیرو به بیرینگ ها جلوگیری می کند. پس از انجام فرآیند طراحی هیدرولیکی قطعات پروانه، دیفیوزر و ایندیوسر پمپ، شبیه سازی مجموعه ی پمپ به کمک نرم افزار CFX صورت گرفته است و اطمینان از کارکرد پمپ مطابق منحنی های عملکرد حاصل شده است.    

بررسی جریان سیال درون حلزونی فن لانه سنجابی با روتورهای مختلف

گستردگی استفاده از فن ­های لانه سنجابی بویژه در صنایع تهویه مطبوع سبب شکل گیری پروژه­ های تحقیقاتی فراوانی در راستای بهبود عملکرد این نوع از فن­ ها شده است. تغییر هندسه روتور فن از حالت استوانه ­ای به نیمه مخروطی از جمله تحقیقاتی است که در این زمینه انجام شده است. هدف این پروژه یافتن زاویه بهینه روتور نیمه مخروطی جهت بهبود عملکرد فن می ­باشد. برای اینکه مطالعه نحوه تأثیر تغییر زاویه مخروطی روتور بر عملکرد فن ممکن باشد، در ابتدا هندسه مجموعه فن با روتورهای مختلف رسم و شبکه محاسباتی تولید شده است. سپس مدل­سازی جریان براساس نتایج تجربی حاصل از آزمایش عملکرد صورت گرفته است.

شبیه سازی سیستم کولینگ ACC در نیروگاه

شبیه سازی عددی چگونگی هدایت هوا و تبادل حرارت در سیستم کولینگ ACC نیروگاه ها از الزامات طراحی سیستم کولینگ و چیدمان کلی نیروگاه است. سرعت و جهت باد غالب در نیروگاه ها تأثیر زیادی بر انتخاب مشخصات فن های سیستم کولینگ ACC دارد. از این رو تا زماینکه مجموعه ACC و سایر اجزای همجوار با این سیستم شبیه سازی نشوند، نمی توان از عملکرد صحیح سیستم خنک کن اطمینان پیدا کرد. موقعیت ACC نسبت به جهت باد غالب، ارتفاع ACC، تعداد و مشخصات فن ها، فاصله ACC از ساختمان های اطراف و ... پارامترهایی هستند که بر عملکرد سیستم خنک کن تأثیرگذار هستند. شبیه سازی به کمک نرم افزار CFX این امکان را فراهم می سازد که دبی دقیق خروجی از هریک از فن ها استخراج گردد و همچنین افزایش دمای ورودی فن ها به دلیل پدیده ی HAR مورد مطالعه قرار گیرد. 

طراحی توربوماشین ها

امروزه در تمامی پروژه های طراحی، ساخت و تولید، طراحی مهندسی اولیه با استفاده از کدهای نوشته شده و نرم افزارهای شبیه سازی موجود صورت می پذیرد. محصول نهایی هر پروژه پیش از اجرا در مدل شبیه سازی شده مشاهده می شود و در صورت نیاز، اصلاح و بهینه می گردد. گام اول در طراحی یک مدل جدید، طراحی هندسه است. این بخش شامل طراحی روتور، دیفیوزر، حلزونی، هدایت کننده ها و سایر بخش ها می باشد. بسته به نوع پروژه روند انجام این مرحله متفاوت خواهد بود. به منظور طراحی این قطعات از نرم افزارهای BladeGen و یا CFTurbo می توان استفاده نمود. به منظور تحلیل و بررسی مدل هندسی تهیه شده، هندسه مربوطه مش بندی می شود و به کمک نرم افزار CFX مورد تحلیل قرار می گیرد.

آموزش نرم افزار CFX

نرم افزار ANSYS CFX نرم افزاری است که به کمک روش دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به حل مسائل پیچیده جریان سیال و انتقال حرارت می­ پردازد. این نرم افزار در حوزه های مختلف کاربردی دینامیک سیالات بسیار کارآمد است و حلگر قدرتمند این نرم افزار کلیدی است برای دستیابی سریع به پاسخ های دقیق و قابل اعتماد. محدوده مسائلی که نرم افزار CFX امکان حل آن را دارد چنان گسترده است که کاربران با تخصص های مختلف به آن روی می آورند. مهندسین مکانیک، هوافضا، مهندسی پزشکی، مهندسی هسته ­ای، کشتی­ سازی و عمران از جمله کاربرانی هستند که برای انجام تحقیقات خود از این نرم افزار استفاده می­نمایند.
سایت IRAN-CFX امکان برگزاری انواع کلاس های خصوصی و گروهی نرم افزار ANSYS CFX را دارد.

سرفصل­ هایی که در دوره آمورش نرم افزار ANSYS CFX ارائه می گردد شامل موارد زیر است:
·        مراحل حل یک مسئله به روش CFD
·        رسم هندسه در نرم افزار ANSYS Design Modeler
·        مش بندی در نرم افزار ANSYS Meshing
·        شبیه سازی انواع مسائل جریان سیال و انتقال حرارت به کمک نرم افزار CFX
(مسائل جریان داخلی، خارجی، نیوتنی، غیرنیوتنی، لایه ­ای، توربولانس، دائم، غیردائم، تک فازی، چندفازی، توربوماشین ­ها، FSI و ...)
 
همچنین سایت IRAN-CFX امکان ارائه خدمات مشاوره ای در رابطه با پروژه هایی که به کمک نرم افزار ANSYS CFX شبیه سازی شده اند را دارد. 

شبیه سازی جریان سیال حول یک شناور

یکی از زمینه هایی که نرم افزار ANSYS CFX مورد استفاده قرار می گیرد، شبیه سازی جریان سیال حول شناورها است. شبیه سازی جریان سیال حول شناورها منجر به آن می شود که کل میدان سیال (شامل آب و هوا) در اطراف شناور مورد مطالعه قرار گیرد و نیروهای وارده بر شناور در جهات مختلف، زمان های مختلف و زوایای حمله ی مختلف با دقت خوبی محاسبه خواهد گردید. استفاده از این نرم افزار این امکان را فراهم می سازد که هنگام شبیه سازی از روش Adaptive Mesh استفاده شود. بدین ترتیب خط تماس آب و هوا با دقت بالاتری شبیه سازی می گردد چرا که در محل خط تماس آب و هوا در حین حل مسئله بصورت اتوماتیک از المان های ریزتری استفاده می گردد. شبیه سازی به کمک نرم افزار CFX یکی از الزامات طراحی شناورهای جدید و بهینه سازی شناورهای موجود است.

 

شبیه سازی انواع توربین

استفاده از نرم افزار CFX در فرآیند طراحی توربین ها الزامی است. پروژه پیش رو مربوط به شبیه سازی عملکرد یک توربین کاپلان است. بررسی تغییرات فشار در توربین در زوایای مختلف پره های توربین و بررسی نیروهای اعمالی روی توربین موضوعی مهم است که به کمک شبیه سازی عددی با CFX در کوتاهترین زمان ممکن قابل دستیابی است. بررسی نواحی پر سرعت و احتمال پدیده کاویتاسیون موضوع دیگری است که حتماً باید در این نوع از توربین ها بررسی گردد و این کار با تحلیل دوفازی مسئله به کمک نرم افزار CFX امکان پذیر است. شبیه سازی انواع توربین ها به کمک نرم افزار CFX امکان پذیر است.

شبیه سازی انواع پمپ

استفاده از نرم افزار CFX در فرآیند طراحی پمپ ها الزامی است. امروزه در تمام کارخانه های پمپ سازی، در فرآیند طراحی هیدرولیکی پمپ ها پس از آنکه هندسه ی پروانه، دیفیوزر و یا حلزونی استخراج می گردد، بلافاصله هندسه برای ساخت ارسال نمی گردد. بلکه به منظور اطمینان از عملکرد صحیح پمپ، مجموعه پمپ تحت شبیه سازی با نرم افزار CFX قرار می گیرد. برای این منظور می بایست بالک سیال استخراج و مش بندی گردد و مشابه تست های عملکردی مورد تحلیل قرار گیرد. بدین ترتیب که با شبیه سازی پمپ در دبی های مختلف، میزان فشار تولیدی بررسی می گردد و منحنی H-Q و راندمان هیدرولیکی پمپ رسم می گردد. همچنین به منظور استخراج منحنی NPSH پمپ در هر دبی با کاهش فشار ورودی پمپ و شبیه سازی پمپ در حالت دوفازی، فشاری که افت سه درصد هد در آن رخ می دهد یافت می گردد و بدین ترتیب منحنی NPSH پمپ رسم می گردد. شبیه سازی پمپ علاوه بر استخراج منحنی های عملکرد پمپ، امکان بررسی بالانس های نیرویی در پمپ را نیز فراهم می سازد. شبیه سازی پمپ مقادیر متغیرهای مختلف را در تمام پمپ در اختیار کاربر قرار می دهد و بررسی جت و ویک ها، گردابه های احتمالی و سایر پدیده های سیالاتی ممکن خواهد بود.  پروژه پیش رو مربوط به طراحی و شبیه سازی یک پمپ BB3 هفت طبقه Double suction می شود.

تحلیل متقابل سیالاتی و مکانیکی در یک دیاراتور نیروگاه

نرم افزار ANSYS CFX امکان کوپل شدن با نرم افزار ANSYS Mechanical را دارد. این موضوع سبب می شود که حل مسائل FSI  به معنی Fluid Structure Interaction (مسائلی که نیاز به حل متقابل سیالاتی و مکانیکی دارند) در این نرم افزار امکان پذیر باشد. پروژه پیش رو مربوط به تحلیل دیاراتور یک نیروگاه می شود. در این مسئله بررسی سناریوی یک حادثه مورد تحلیل قرار گرفته است. در طی این حادثه، آب با دبی بیش از حد مجاز طراحی از یکی از نازل ها به داخل دیاراتور ریخته می شود. عدم تقارن پاشش آب سبب تولید موج داخل دیاراتور می گردد. موج تولید شده در داخل دیاراتور حرکت می کند و به دیواره ی دیاراتور در قسمت انتهایی برخورد می کند. برخورد موج به دیواره سبب جابجایی دیاراتور می گردد. برای بررسی این حادثه نیاز به تحلیل گذرای مسئله وجود دارد. بدین ترتیب که در هر گام زمانی نرم افزار CFX به تحلیل جریان سیال می پردازد و نیروی محاسبه شده بر روی بخش های مختلف بدنه را به بخش Mechanical انتقال می دهد. در بخش Mechanical از نیروی وارده، میزان جابجایی مش محاسبه می گردد و این اطلاعات مجدداً به نرم افزار CFX انتقال داده می شود. این رد و بدل شدن اطلاعات در تمام گام های زمانی انجام می گردد تا زمان تحلیل به پایان رسد.  

بهینه سازی هندسه یک مبدل حرارتی دو لوله ای با سطح مواج

یکی از محاسن نرم افزار ANSYS CFX امکان کوپل کردن این نرم افزار با نرم افزارهای دیگر است. به منظور بهینه سازی یک طرح می توانیم CFX را با نرم افزار ANSYS DesignXplorer کوپل کنیم. به عنوان مثال پروژه پیش رو مربوط به بهینه سازی هندسه یک مبدل حرارتی دو لوله ای است. هدف از این پروژه افزایش نرخ انتقال حرارت در یک مبدل حرارتی دولوله است. از این رو لوله داخلی بصورت مواج درنظر گرفته شده است. مواج کردن لوله داخلی می تواند سبب افزایش نرخ انتقال حرارت گردد. میزان افزایش انتقال حرارت وابسته به سرعت جریان سیال ها و دامنه امواج سینوسی سطح لوله داخلی است. از طرف دیگر سینوسی کردن سطح لوله داخلی منجر به افزایش افت فشار سیال می گردد. از این رو در این پروژه به منظور رسیدن به بیشترین نرخ انتقال حرارت با قبول افت فشار مجاز، نرم افزار CFX با DesignXplorer کوپل شده است. نرم افزار تعدادی Design Point درنظر می گیرد و بصورت اتوماتیک هندسه را برای هر Design Point تغییر می دهد، مش بندی می کند و تحلیل را برای آن انجام می دهد. با استفاده از این Design Point ها فرآیند بهینه سازی توسط نرم افزار آغاز می گردد و چند طرح بهینه پیشنهاد داده می شود که با قبول افت فشار مجاز در سرعت های مختلف به حداکثر نرخ انتقال حرارت دست یابیم.