Altair CFD ile eritme işlemlerinin simülasyonu

Katı-sıvı faz değişimi, birçok sistem ve süreçte meydana gelir. Mühendislere tasarımlarında yardımcı olmak için, sayısal simülasyonların, taşıma mekanizmalarına (doğal/zorlanmış konveksiyon, iletim, radyasyon) ek olarak faz değişimiyle ilişkili gizli ısıyı düzgün bir şekilde hesaba katması gerekir. Erime/dondurma işleminin sayısal temsili ile ilgili olarak, zaman içinde hızlı-imalistik-yaklaşık ile karmaşık-pahalı-doğru arasında değişen farklı yaklaşımlar önerilmiştir. Bu yazı, bu tür uygulamalar için Altair CFD‘de ( Genel amaçlı akış & termal çözücü | Altair AcuSolve) mevcut olan simülasyon metodolojisini sunmakta ve bu durumda hesaplama süresini üç kat hızlandırmak için ikili zaman adımlı bir yaklaşım dahil olmak üzere dizel motor üre tankındaki eritmeyi modelleme performansını göstermektedir.

Altair AcuSolve, sıcaklığa bağlı özelliklere sahip tek fazlı bir malzeme aracılığıyla katı-sıvı faz değişimini modeller. Katı faz özelliği, akışa karşı aşırı derecede büyük bir direnç sağlayan hayali gözenekli bir ortama sahip bir sıvı olarak taklit edilir. Bu yaklaşım, sıcaklığa bağlı değişken bir yoğunluğu barındırabilirken, mevcut simülasyonlar, ilave kararlılık için sıkıştırılamaz sıvı ve katı fazlar ile sınırlıdır. Boussinesq yaklaşımı, sıvı fazdaki doğal taşınımı hesaba katmak için kullanılır. Enerji denklemi, erime noktasındaki gizli ısıdan gelen enerjiyi kolayca modellemek için entalpi değişkeni kullanılarak formüle edilir. (Varsa katı dinamikleri çözmediğimizi unutmayın; katı fazın statik olduğu varsayılır.)

Faz değişim süreçleri genellikle uzun bir geçici süreçte, tipik olarak bir veya birkaç saatlik fiziksel süre boyunca meydana gelir. Bu nedenle sayısal simülasyon, Altair AcuSolve çözücünün paralel ve ölçeklenebilir özelliklerinden tam olarak yararlanırken bile hesaplama süresi açısından oldukça zorlayıcı olabilir. Doğruluğu korurken simülasyon süresini azaltmak için Altair AcuSolve, genel simülasyon süresini önemli ölçüde azaltmak için termal analizi etkin bir şekilde hızlandıran benzersiz bir çift zaman adımlı yaklaşıma sahiptir.

%50 erimede Altair AcuSolve sonucunun anlık görüntüsü

Üre, ağır dizel motorlarda emisyonları azaltmak için kullanılır. Bir tankta saklanan üre gece boyunca donabilir, bu nedenle eritmek için önce ısıtılması gerekir. Bu, sıcak sıvıyı dolaştıran sarmal bir boru aracılığıyla yapılır. Sayısal simülasyon, ısınma aşamasını en aza indirgemek ve düzgün çalışmayı sağlamak için mühendislerin sarmal boru ve sensörün yerleşimini ve üre özü besleme portunu akıllıca tasarlamasına yardımcı olur.

Soldan sağa doğru %25, %50 ve %75 oranında eriyen ön kısım

Aşağıdaki video, sıcak sargılı bir boru ile ısıtılan bir tankta donmuş bir üre karışımının erimesini göstermektedir. Gri yüzey, üre karışımı borudan gelen ısı ile ısınırken yayılan katı-sıvı arayüzünü gösterir. Videonun gerçek zamanlı olmadığını lütfen unutmayın (tüm işlem neredeyse 2 saat sürer).