Ứng dụng phần mềm comsol mô phỏng dòng chảy chất lỏng qua vật thể

Bài viết phân tích dòng chất lỏng cung cấp cái nhìn sâu sắc có ý nghĩa về tác động của dòng chất lỏng, do đó, có thể giải quyết vấn đề sớm, giảm nhu cầu về các nguyên mẫu tốn kém và loại bỏ việc làm lại. Loại chất lỏng này là chất lỏng Newton (nước), nên độ nhớt của nó thay đổi khi ứng suất trượt tác dụng lên dòng chất lỏng thay đổi. Ngoài ra độ nhớt tổ hợp chất lỏng cũng thay đổi với các hình dạng, cấu hình dòng khác nhau, nhiệt độ khác nhau...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng phần mềm comsol mô phỏng dòng chảy chất lỏng qua vật thểTRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM COMSOL MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY CHẤT LỎNG QUA VẬT THỂ Giảng viên hướng dẫn: ThS. Bùi Vũ Hùng Sinh viên thực hiện: Lê Văn Tuấn Nguyễn Anh Khoa Lớp: TĐHTKCK – K58 Kỹ thuật cơ khí 3 - K601. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong giai đoạn hiện nay, nhằm giải quyết các vấn đề về sự ảnh hưởng của yếu tốdòng chảy lên các công trình, thiết bị dẫn dòng làm sao để giảm các yếu tố tác động có hại,tăng sự ảnh hưởng tích cực của dòng chất lỏng lên đối tượng. Thì yếu tố về sự thay đổi củahệ số Reynold đối với chuyển động của dòng chảy được nhiều các công trình nghiên cứucông nhận là ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng chuyển động của dòng chảy chất lỏng đốivới các trạng thái chảy khác khau (chảy tầng, chuyển tiếp, chảy rối).Việc phân tích dòngchất lỏng cung cấp cái nhìn sâu sắc có ý nghĩa về tác động của dòng chất lỏng, do đó, cóthể giải quyết vấn đề sớm, giảm nhu cầu về các nguyên mẫu tốn kém và loại bỏ việc làmlại. Loại chất lỏng này là chất lỏng Newton (nước), nên độ nhớt của nó thay đổi khi ứngsuất trượt tác dụng lên dòng chất lỏng thay đổi. Ngoài ra độ nhớt tổ hợp chất lỏng cũngthay đổi với các hình dạng, cấu hình dòng khác nhau, nhiệt độ khác nhau...2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu này, dòng chảy (nước) qua một hình trụ có kích thước R15x200quay được khảo sát bằng phương pháp mô phỏng xoáy rời rạc ba chiều. Bộ điều hướngđược đơn giản hóa - phương trình N-Stokes giải dựa trên mối quan hệ giữa gradient áp suấtbề mặt và cường độ xoáy bề mặt được tạo ra. Các hằng số Reynolds dựa trên đường kínhxi lanh và vận tốc dòng chảy được thay đổi để tạo ra các dòng chảy khác nhau. Tốc độ quaykhông theo chiều, α (tỷ số của hình trụ vận tốc bề mặt và vận tốc dòng chảy), thay đổi trongkhoảng từ 0 đến 19, và bốn hình thức khác nhau (tạo xoáy, đổ xoáy yếu, và các hình thứcđánh thức xoay vòng) đã được hình thành bởi sự xoay vòng áp đặt. Modun phân tích dòngchảy được sử dụng để tính toán trường vận tốc và áp suất cho dòng chảy của chất lỏng mộtKỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 59TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢIpha trong chế độ dòng chảy tầng,chuyển tiếp và dòng chảy rối . Dạng dòng chảy sẽ đượcthể hiện bởi một hệ số Re từng trường hợp khác nhau . Ở số Reynolds cao hơn, nhiễu loạncó xu hướng phát triển và gây ra sự chuyển đổi sang nhiễu loạn. Hình 1.Cấu trúc hình học vật thể mô phỏng3. PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU Ứng dụng phần mềm Comsol multiphysic với giao diện vật lý hỗ trợ các luồng khôngnén được và các luồng có thể nén ở số Mach thấp (thường nhỏ hơn 0,3). Nó cũng hỗ trợcác chất lỏng không phải Newton. Các phương trình được giải bởi giao diện phân tích dòng chảy này là phương trìnhNavier-Stokes để bảo toàn động lượng và phương trình liên tục để bảo toàn khối lượng. Modun phân tích này có thể được sử dụng để phân tích tĩnh và phụ thuộc vào thờigian. Đối với số Reynolds cao hơn, một dòng chảy trở nên phụ thuộc thời gian và ba chiều,và các nghiên cứu phụ thuộc thời gian phải được sử dụng. Phương trình mô phỏng sử dụng cho ba trường hợp đánh giá phân tích sự ảnh hưởnghệ số Reynold cho dòng chảy tầng, dòng chảy chuyển tiếp, dòng chảy rối. Phương trình Navier-Stokes bảo toàn động lượng: p(u.∇)? = ∇. [−?l + ?] + ? Phương trình liên tục bảo toàn khối lượng: p∇. ? = 0 Phương trình ảnh hưởng độ nhớt gây ra bởi vật liệu tác động lên dòng chảy:Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 60TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI K = ?(∇? + (∇?)T )4. NỘI DUNG ĐÃ ĐẠT ĐƯỢC- Ứng dụng phần mềm Comsol multiphysic mô phỏng thành công dòng chảy qua vật thểvới các hệ số Re khác nhau- Đưa ra các hình ảnh kết quả phân tích về sự thay đổi vận tốc, áp suất dòng chảy- So sánh kết quả với bài nghiên cứu của tác giả khác5. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨUCông thức tính toán Re đối với dòng chảy trong ống dẫn: v∗? Re = ? v: vận tốc trung bình (m/s) d: đường kính ống (m) v: hệ số nhớt động học chất lỏng Kết quả giá trị Re thu được đối với 3 trường hợp phân tích đánh giá (1.dòng chảytầng, 2.dòng chảy chuyển tiếp, 3.dòng chảy rối) với hệ số tương ứng: 1. Re = 1494, 2. Re= 5976, 3. Re = 298805.1. Kết quả dòng chảy tầng (Re=1494) Hình 2. Biểu đồ vận tốc (m/s)Kỷ yếu nghiên cứu khoa học sinh viên năm 2021 ...