Computational Fluid Dynamics (CFD)

Text
Computational Fluid Dynamics (CFD)
Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği
Akışkan
Sıvılar (Su, Yağlar, ...)
Gazlar (Hava, Duman,...)
Plazma
Plastik Katılar (Eriyik)
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
Akışkanlar Dinamiği
Bir akışkanlar dinamiği probleminin çözümü akışın çeşitli
özelliklerini konum ve zamanın fonksiyonu olarak
hesaplamayı içerir:
Akış hızı
Basınç
Yoğunluk
Sıcaklık
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
Çözüm Yöntemleri
Analitik yöntem
Sayısal yöntem
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
Akışkanlar Mekaniğinde
Sayısal Yöntemleri
Sayısal yaklaştırma yöntemleri ile diferansiyel
denklemlerin çözülmesidir.
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
Akışkanlar Mekaniğinde
Sayısal Yöntemleri
Akış hareketi Navier-Stokes denklemleri ile temsil edilir:
Momentum, enerji ve kütle korunumdan yasalarından türetilmiş
bir takım bağlaşık kısmı diferansiyel denklemlerdir.
Bu denklemlerde bilinmeyenler: akış hızı, basınç, yoğunluk ve
sıcaklıktır.
Bu denklemlerin analitik olarak çözülmesi mümkün değildir bu
yüzden bilim adamları laboratuvar deneylerine başvururlar.
CFD bu ve buna benzer problemlerin çözülmesi için oldukça
verimli bir araçtır.
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
Navier-Stokes Denklemleri
𝜕𝜌
𝜕
+
𝜌𝑢𝑗 = 0
𝜕𝑡 𝜕𝑥𝑗
𝜕
𝜕
𝜌𝑢𝑖 +
𝜌𝑢𝑖 𝑢𝑗 + 𝑝𝛿𝑖𝑗 − 𝜏𝑗𝑖 = 0, 𝑖 = 1,2,3
𝜕𝑡
𝜕𝑥𝑗
𝜕
𝜕
𝜌𝑒0 +
𝜌𝑢𝑗 𝑒0 + 𝑢𝑗 𝑝 + 𝑞𝑗 − 𝑢𝑖 𝜏𝑖𝑗 = 0
𝜕𝑡
𝜕𝑥𝑗
Navier-Stokes denklemleri, ismini Claude-Louis Navier ve George
Gabriel Stokes'tan almış olan, sıvılar ve gazlar gibi akışkanların
hareketini tanımlamaya yarayan bir dizi denklemden oluşmaktadır.
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
Ayrıklaştırma (Diskritizasyon)
CFD sürecinin temel işlemi, ayrıklaştırma işlemidir. Bu işlemde
sonsuz sayıda noktada tüm anlarda çözümü gerçekleştirmek y
erine, sayılı noktada ve belli zaman dilimlerinde akış özellikleri
ni hesaplamaya yetiniyoruz.
Böylece kısmı diferansiyel denklemler, bilgisayar yardımı ile çö
zülebilen cebirsel denklemler setine dönüşmüş oluyor.
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Yazılımları
• ANSYS (Fluent)
• PHOENICS
• FloEFD
• Autodesk Simulation CFD
• OpenFOAM
• …
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıAkış Alanı Geometrisi
İki ve üç boyutlu geometri elemanlarını kullanarak akış alanın
geometrisi oluşturulmalıdır.
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıMesh
Akış hacmının küçük hesaplama hücrelerine bölünmesi. (Akış
hacmine mesh atılması)
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıÖn-işlem
• Birim Sisteminin Tanımlanması
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıÖn-işlem
• Akış tipinin tanımlanması (İç, Dış)
• Gövde kuvvetleri (Örn. Yer çekimi)
• Dönen parçaların olup olmadığını belirtmek (Rotation)
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıÖn-işlem
• Akışkanın tanımlanması(Hava, Su, …)
• Fiziksel model (Laminar, Turbulent)
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıÖn-işlem
• Duvar pürüzlülüğünün tanımlanması
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıÖn-işlem
• Başlangıç şartları (Tüm mesh noktalarında hız, basınç ve yoğu
nluğun başlangıç değerleri)
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü AdımlarıÖn-işlem
• Sınır şartları (Giriş hızı, Debi, Basınç kaybı, duvar pürüzlülüğü)
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü Adımlarıişlem sırasında
• Yakınsama kriterlerinin belirlenmesi
• Yakınsamanın sağlanıp sağlanmadığını görmek için hesaplam
a adımlarına bakıcılık yapmak.
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]
CFD Problem Çözümü Adımlarıişlem sonrasında
• Sonuçların incelenmesi (Binlerce çözüm noktası olduğundan dol
ayı kolay olmayabilir)
• Hesaplanan sayısal değerlerin incelenmesi
• Sonuçların akışın çeşitli özellikleri için görsel olarak gösterilmesi
www.filtrefan.com
Fan Filtre Teknolojileri
[email protected]