در این گزارش شبیه سازی حرارتی و سیالاتی منیفولد دود موتور احتراقی انجام گرفته توسط متخصصین شرکت فنی مهندسی و تحقیقاتی آترا با استفاده از نرم افزار فلوئنت نشان داده شده است. منیفولد بخشی از موتور است که آمیزه سوخت و هوا را به سیلندرها می‌رساند. در خودروها دو نوع منیفولد وجود دارد یکی منیفولد بنزین که هوا را به درون سیلندرها می‌کشد و دیگری منیفولد دود برای تخلیه دود اگزوز مورد استفاده قرار می گیرد. در میان لوله اگزوز و منیفولد دو قطعه لوله به نام‌های انباره اول و دوم قرار دارند.
شبیه سازی منیفولد دود موتور احتراقی با نرم افزار فلوئنت
مدل سازی توسط نرم‌افزار GAMBIT صورت گرفته است. شرایط مرزی مربوط به سطوح ورود دود و آب Velocity inlet، سطوح خروجی دود و آب Pressure outlet و سایر بخش‌ها به عنوان دیواره اعمال شده است. از تبادل حرارت منیفولد با هوای اطراف و تشعشع آن صرف نظر شده است. شبکه بندی به صورت نامنظم و توسط المان‌های چهار و شش وجهی انجام گرفته است. از جمله اطلاعات مهمی که بایستی مورد توجه قرار گیرد، کمینه حجم بکار رفته در مدل می‌باشد.
کانتور سرعت جریان دود منیفولد دودخطوط جریان آب خنک‌کن در منیفولد دودتوزیع جریان در منیفولد دود
در حال حاضر طرح‌هاي مختلفي در سطح جهان براي استفاده از موتور استرلینگ در تبديل انرژي‌هاي تجديدپذير به انرژي الکتريکي وجود دارد. ضمن آنکه از اين موتورها مي‌توان در تبديل انرژي گرمايي نيروگاه‌ها، انرژي حاصل از سوختن زباله‌هاي شهري و انرژي حاصل از سوزاندن ضايعات کشاورزي به انرژي الکتريکي استفاده کرد. در زمينه کاربرد اين موتورها در صنعت خودرو اگرچه مشکل مربوط به دماي بالا با استفاده از مواد جديد نظير سراميک‌ها که عمده دليل فراگير نشدن موتور استرلينگ در مقايسه با موتورهاي احتراق داخلي در قرن نوزدهم بوده برطرف شده، اما همچنان مشکل بالا بودن نسبت حجم به توان موتورهاي موتورهاي استرلينگ وجود دارد.
کانتور سرعت محفظه احتراق موتور استرلینگ نرم افزار فلوئنت
طراحی و شبیه سازی محفظه احتراق موتور استرلینگ با نرم افزار فلوئنت
به منظور تامين حرارت مورد نياز در هيتر، از مشعل استفاده خواهد شد. اينکه چه ميزان سوخت براي تامين حرارت مورد نياز بايستي مورد استفاده قرار گيرد به عوامل مختلف زیر بستگي دارد.
هندسه‌ي محفظه‌ي احتراق
آرايش لوله‌ها
بازده (کارآيي) مبدل
جنس
دماي کاري
بنابراين مي‌توان با بکارگيري هر کدام از پارامترهاي ذکر شده، عملکرد محفظه‌ي احتراق را بهينه کرد. جنس لوله‌ها از فولاد ضدزنگ انتخاب شده است که از لحاظ انتقال حرارت و ساير ملاحظات طراحي مناسب است. همچنين فضاي اطراف لوله‌ها در محفظه را از جنس سراميک انتخاب مي‌گردد تا بيشترين انتقال حرارت به واسطه‌ي تشعشع صورت پذيرد.
خطوط جریان اطراف لوله‌ها محفظه احتراق موتور استرلینگ توسط نرم افزار فلوئنت
دمای کاری گازهای احتراقی بستگی به نسبت هم ارزی، دمای گازهای ورودی و ترکیب گاز دارد. نسبت هوا به سوت نقش بسیار مهمی در کیفیت لحتراق دارد. چنانچه این نسبت بسیار بزرگ یا کوچک باشد، احتراقی رخ نمی دهد. در بین این دو محدوده نیز باید بسته به موقعیت و شرایط موجود، نسبت هم ارزی به گونه ای انتخاب گردد که بهترین راندمان قابل دستیابی باشد. با توجه به این نکته که موتور استرلینگ از نوع موتورهای احتراق خارجی است. همچنین حرارت مورد نظر توسط مشعل از محیط اطراف وارد موتور خواهد شد. می توان با تنظیم میزان هوای احتراقی سوخت را غنی یا فقیر کرد. مبدل گرم به صورت لوله‌هايي با آرايش نيم دايره خواهد بود. این لوله ها به صورت متقارن در دو سمت با فواصل مناسب نسبت به يکديگر و با آرايش رديفي قرار گرفته‌اند.
کانتور دما در محفظه احتراق موتور استرلینگ توسط نرم افزار فلوئنتخطوط جريان گازهاي داغ عبوري موتور استرلینگ توسط نرم افزار Fluent
نرم افزار Fluent (فلوئنت) اوج هنر برنامه نویسی برای مدلسازی جریان سیالات و انتقال حرارت در هندسه‌های پیچیده است. این نرم‌افزار به گونه ای طراحی شده است که امکان اصلاح و تغییر در شبکه به صورت کامل و تحلیل جریان با شبکه‌های غیر ساخت یافته برای هندسه‌های پیچیده را فراهم می‌آورد. این نرم افزار با زبان C نوشته شده است و از کلیه توان و قابلیت انعطاف این زبان بهره می جوید. در نتیجه این نرم افزار استفاده از حافظه دینامیک، ساختار مناسب داده‌ها، اطلاعات و کنترل انعطاف‌پذیر محاسبات را ممکن می‌سازد. همچنین بکارگیری ساختار Client/Server موجب اجرای بهتر برنامه، کنترل سیستم و انعطاف‌پذیری کامل سیستم عامل می شود. کلیه توابعی که برای انجام محاسبات و نمایش نتایج بکار می روند از طریق منوهای برنامه به راحتی قابل دسترسی هستند. نرم افزار Fluent (فلوئنت) به کاربران حرفه‌ای این اجازه را می‌‌دهد که صفحات کاربری جدیدی را با تعریف توابع جدید تنظیم نمایند.
شرکت فنی مهندسی و تحقیقاتی آترا با تکیه بر تجربه و دانش فنی نیروهای متخصص خود آمادگی دارد در اجرای پروژه های تحقیقاتی و صنعتی با نرم افزار Fluent با سازمان ها و کارخانجات فعال مربوطه همکاری داشته باشد. صنایعی از قبیل نفت، گاز و پتروشیمی، صنایع پالایشگاهی و نیروگاهی، صنعت آب و نیرو محرکه (صنعت خودرو سازی) خاستگاه اصلی این نرم افزار است.
تولید هندسه
هندسه و شبکه را می‌توان توسط نرم افزار پیش پردازنده GAMBIT ایجاد کرد. همچنین می‌توان از نرم‌افزار پیش‌پردازنده Tgrid برای تولید مش‌های مثلثی و مش‌های حجمی چهاروجهی و شش وجهی از مش‌های مرزی موجود استفاده کرد. ارتباط برقرار کردن با دیگر نرم‌افزارهای گروه CAD/CAM در این نرم‌افزار امکان‌پذیر است.
شبکه بندی (مش زنی) در نرم افزار ANSYS FLUENT
قابلیت‌های برنامه Fluent:
نرم‌افزار FLUENT قابلیت شبیه‌سازی و مدل کردن موارد زیر را دارد:
جریان در هندسه‌های پیچیده دو بعدی و سه بعدی
جریان تراکم‌پذیر و غیرتراکم پذیر
تحلیل پایا و ناپایا
جریان‌های لزج، آرام و متلاطم
سیال‌های نیوتنی و غیرنیوتونی
انتقال حرارت جابجایی، شامل جابجایی آزاد و اجباری
ترکیب انتقال حرارت جابجایی/ هدایتی
انتقال حرارت تشعشعی
مدل فریم‌های چرخان یا ساکن
مش‌های لغزان و متحرک
واکنش‌ها و ترکیبات شیمیایی، شامل احتراق و مدل‌های واکنشی
اضافه کردن ترم‌های اختیاری حجمی از گرما، جرم، مومنتوم، اغتشاش و ترکیبات شیمیایی
جریان در محیط متخلخل
مبدل‌های حرارتی، فن‌ها و رادیاتورها
جریان‌های دوفازی و چندفازی
جریان‌های سطح آزاد
توزیع کانتور فشار در رگ خونی قلب نرم افزار Fluent
معرفی نرم افزار Gambit (گمبیت)
برای استفاده از نرم افزار فلوئنت ابتدا بایستی هندسه جریان بوسیله یك نرم افزار كمكی مانند Gambitیا Mechanical Desktop ایجاد گردد و همچنین مش بندی آن صورت پذیرد. نرم افزار Fluent از خروجی نرم افزار Gambit استفاده می نماید. در خصوص نرم افزار گمبیت می توان گفت این نرم افزار گمبیت وابسته به شرکت نرم افزاری Ansys Inc است. و از سری نرم افزارهای رشته مهندسی مکانیک در ارتباط با نرم افزار fluent می‌باشد. همانطور که اشاره گردید این نرم افزار برای طراحی و مش بندی یک شبکه تحلیل مورد استفاده قرار می گیرد.
کاربردهای این نرم افزار در هر تحلیلی که با استفاده از نرم افزار فلوئنت قابل انجام است مشاهده می شود. هرچند اکنون نرم افزار ANSYS FLUENT در داخل خود نرم افزار دارای فضای مش زنی می باشد ولی به هر حال با توجه به انعطاف پذیری و قابلیت های بالای نرم افزار گمبیت در تولید مش ساخت یافته به خصوص در هندسه های پیچیده هنوز این نرم افزار به عنوان یکی از برترین نرم افزارهای حوزه تولید مش برای نرم افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی مطرح است.
این نرم افزار برای شبکه بندی میدان جریان سیال و جامد به روش با سازمان و بی سازمان بکار میرود. فایل خروجی این برنامه با فرمت .MSH در برنامه فلوئنت خوانده شده و حل مساله در آن صورت می گیرد .
