Akışkanlar Dinamiği Analizleri - METROPOLSOFT

Akışkanlar Dinamiği Analizleri

3DEXPERIENCE  SIMULIA ile Güvenilir, Kolay, Hızlı Akış Analizi

3DEXPERIENCE – SIMULIA, bulut tabanlı 3DEXPERIENCE® Platformu üzerinde yer alan ve tasarım yeniliklerinizi hızlandırmanıza yardımcı olabilecek yapıda olan bir çözümdür. 3DExperience SIMULIA ile,  hesaplamalı akış analizlerinizi kolayca ve son derece güvenilir bir şekilde gerçekleştirebilirsiniz.

Akışkan nedir?

Doğada madde katı, sıvı, gaz ve plazma olmak üzere dört halde bulunur. Bu hallerden gazlar ve sıvılar akışkanları oluştururlar. Akışkanlar ise sıkıştırılabilir ve sıkıştırılamaz olmak üzere ikiye ayrılır. Sıkıştırılabilir akışkanları gaz halindeki maddeler oluştururken sıkıştırılamaz akışkanları sıvılar oluşturur.

Akiskanlar-Dinamigi-Analizleri Metropolsoft

Sıkıştırılabilir akışkanlar yani gazlar kuvvet altında olduklarında şekil değiştirebilirler. Bulundukları kabın hacmine göre kesme gerilmesi altında çok az sıkıştırma direnci göstererek sürekli şekil değiştirebilirler. Sıkıştırılamaz akışkanlar yani sıvı maddeler ise gerilmelere karşı yüksek direnç gösterdikleri için sürekli şekil değiştirme davranışı gözlenmez. Sıkıştırılabilir ve sıkıştırılamaz akışkanların farkı burada ortaya çıkar. Kuvvet uygulandığında şekil değiştirmediğinden dolayı sıkıştırılamayan akışkanların yoğunluğu değişmez. Sıkıştırılabilir akışkanların ise yoğunluğu değiştirilebilir.

Sıkıştırılamaz Akış Nedir?

Aslında, tüm akışkanlar sıkıştırılabilir olmasına rağmen, oran 0,3 Mach’den küçükse, akışkanın ses hızına akış hızı sıkıştırılamaz olarak kabul edilir.

Akışkanın hızı aşağıda belirtilen formül ile rahatlıkla hesaplanabilmektedir.

Gazların aksine, sıvı moleküllerdeki atomlar birbirine daha yakındır. Atomlar ve moleküller arasındaki boşluk küçük olduğu için sıvıların sıkıştırılması gazlardan daha zordur. Sıvılar sıkıştırılamaz olarak kabul edilir, çünkü sıvı basınç altındayken hacim ve yoğunluktaki değişim hesaplanamayacak kadar küçüktür.

Sıkıştırılabilir Akış Nedir?

Akış sırasında akışkanın hızı Mach 0.3’ten büyükse ve akış sırasında akışkanın yoğunluğu önemli ölçüde değişiyorsa, akış sıkıştırılabilir akış olarak kabul edilir. Gazın sıkıştırılabilirliği, özellikle gaz molekülleri arasındaki geniş boşluk nedeniyle çok yüksektir.

Normal sıcaklık ve basınç koşullarında sıvının hacmi ve yoğunluğu değişmez. Gaz molekülleri için durum böyle değildir. En küçük sıcaklık veya basınç değişimlerinde hacmi değişir. Hacimdeki değişim yoğunluğu doğrudan etkilediğinden, gaza bir dış kuvvet uygulandığında yoğunluk değişecektir. Sıkıştırılabilir bir akışkan için, dış basınç veya kuvvet uygulandığında, büyük bir yoğunluk değişikliği sergilemelidir.

CFD Computational Fluid Dynamics Nedir?

Mühendislik sürecinde çeşitli analiz yöntemleri kullanılmıştır. En yaygın olanları yapısal analiz, hesaplamalı akışkanlar dinamiği, akışkan-yapı etkileşimi ve akustik/gürültü analizidir.

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) analizinde, akışkanların dinamik davranışını kontrol edilir ve momentum, türbülans, ısı transferi, faz transferi vb. analizleri yapılır. Bu alanda birçok fiziksel özellik ve davranış incelenebilir. Birçok bilim dalını (fizik, kimya vb.) içeren CFD analiz yöntemleri, gerçeğe yakın bir nihai sonuç elde etmek için kontrol edilecek detaylara göre uygun sayısal analizlerin yapılabilmesini sağlar.

Analiz Süreçleri

Sektörün birçok alanında çeşitli tasarımlar gerçekleştirilmiştir. Tasarım sürecinde her şey yolunda gitse de, üretim aşamasının başında çeşitli sorunlar ortaya çıkabiliyor. Analitik araştırma, bir tasarım doğrulama faaliyeti olarak düşünülmelidir. Bunun nedeni, tasarlanan ürünün dış kuvvetlere maruz kaldığında amacını karşılayıp karşılamadığını belirlemektir. Analiz aşamasında nihai sonuca ulaşmak için problem belirleme, ön araştırma, analiz ve sonuç olmak üzere dört aşama gerçekleştirilmiştir.

Problemlerin Tespiti

Analize başlamadan önce problem tanımlamanın çok önemli bir yeri vardır. Bu aşamada analizin ne gibi beklentilere sahip olduğunu, analiz sonuçlarına göre ne gibi değişiklikler olacağını, sorunu çözmek için hangi yöntem ve yöntemlerin kullanılacağını ve yeterli donanımın olup olmadığını belirlemek gerekir.

Analiz sürecinde karşılaşılabilecek tüm zorluklarla başa çıkmak için gerekli önleyici tedbirler ve tedbirler bahsedilecek olursa:

Analizin amacı nedir?

  • Hedef kapsamındaki hedefler nelerdir, bu hedeflere ulaşmanın en kolay yolu belirlendi mi?
  • Analiz için ne tür bir geometri kullanılmalıdır?
  • Fiili koşullar altında ilgili tasarımın çalışma koşulları nelerdir?
  • Sınır ve başlangıç koşulları belirlenmiş mi?

Analiz Öncesi İşlemler

Bu aşamada geometri oluşturma, sayısal ağları belirleme, mesh oluşturma ve gerekli ayarlar ve koşulları içerir. Analiz aşamasında sadece ilgi alanına odaklanmak gerekir. İlgi alanı dışında kalan model ve geometriler mümkün olduğunca analize dahil edilmemelidir. Bunun en önemli nedeni, analiz ve çözüm sırasında mesh kalite standartlarının değişmesidir. Analiz edilecek geometriyi mümkün olduğunca bir bütün halinde tutun, bu da analiz aşamasına yardımcı olur. Geometri tasarlandığı ilgili CAD programından tek parça olarak dışa aktarılmalıdır.

Analiz için kullanılan yazılım, çözüm hacmi ile iterasyonlar ve yakınsamalar yaparak hesaplamaları birbirinden ayırarak çalışır. En yaygın olarak kullanılan ayrıştırma yöntemleri, sonlu elemanlar analizi ve sonlu hacimler yöntemidir. Ayrıştırma sırasında model parçalara bölünerek hesaplanır. Bu ayrıştırılan yapısal ağlar mesh olarak adlandırılır. En önemli konu mesh yapısı oluşturmaktır. Çünkü hesaplamalar iterasyonlar ve yakınsamalarla kurgulanır. Bu sebeple analiz yapmak istediğiniz konu ve ögeye uygun mesh tipi belirlemek için iyi bir literatür araştırması yapmak gerekir.

Çözümleme Süreci

Ön işleme tamamlandıktan sonra analiz edilecek geometrinin gerekli son ayarları (çevre koşulları, basınç değerleri vb.) yapılır ve kullanılan analiz programında hesaplama işlemi başlatılır. Analiz programı bu hesaplamayı tek adımda gerçekleştirmez. Hesaplama işlemi her bir sayısal ağ için ayrı ayrı yapılır ve iterasyonlar halinde tamamlanır. Çözüm aşamasının takibi, analiz için önemli bir kriterdir. Kullanıcı çoğu yazılım paketinde analiz aşamasına müdahale edebilir. Analiz devam ederken, yinelemenin başında durdurulabilir. Analiz sürecinde ne kadar çok hesaplama yapılırsa o kadar az hatalı sonuç elde edilir. Buradaki amaç, hesaplama sürecindeki hata payını en aza indirerek davranışı gerçek ortamda kontrol etmektir.

Son Aşama (Sonuç Alma)

Hesaplamayı kontrol ederek analizi tamamlama, analizi tamamlama ve hesaplama sonuçlarının çıktısını alma aşamasıdır. Bu aşamada, elde edilen sonuçların gerçekliğini kontrol edilir ve beklenen koşulları karşılayıp karşılamadığına bakılır. Çevre koşullarının geometrik gücüne bağlı olarak öngörülemeyen tasarım hataları vb. sonuçlar bu aşamada görünür. Analiz sonucunun gerçeğe yakın ve kabul edilebilir düzeyde olduğunu teyit ettikten sonra, analiz sonucunu raporlanır. Bu raporda görsel ve animasyon desteği hız, sıcaklık ve zamana bağlı olarak değişir ve sunulmaya hazırdır.