آزمایشگاه شبیه‌سازی دینامیک شاره‌ها و علوم گرمایی (CTFDL)


به وب سایت CTFDL دانشکدگان علوم و فناوری‌های میان رشته‌ای دانشگاه تهران خوش آمدید. در این آزمایشگاه مدل‌سازی پیشرفته و دینامیک محاسباتی حرارتی سیالات مسائل مهندسی چند رشته‌ای سیالات با تأکید بر موارد زیر انجام می گیرد:

  • روش‌های کوپلینگ جهت شبیه‌سازی‌های دقیق جریان سیال گسسته و معادلات انتقال حرارت
  • بررسی ناپایداری‌های موجود در سطح فاصل جریان‌های  پایا و ناپایا فیلم مایع ریزان 
  • پدیده چگالش و جذب گاز در جریان‌های دو فازی
  • پایش وضعیت موتور
  • جریان‌های توربولانس
  • مدلسازی و شبیه‌سازی جریان‌های ناپایا در اطراف بال‌زن‌های الهام گرفته از طبیعت
  • احتراق هیدروژن و انرژی پاک

در آزمایشگاه، ابزارهای محاسباتی، با استفاده از برنامه‌نویسی شی‌گرا توسط زبان‌های برنامه‌نویسی ++C و FORTRAN توسعه داده می‌شود که از نظر الگوریتمی کارآمد، قوی، موازی‌شده، و مقیاس‌پذیر برای جریان‌های حرارتی-سیال هستند.

دست‌آوردهای پژوهشی


الگوریتم ALE-IT

انتقال جرم و گرما از سطح فاصل

ناپایداری در سطح فاصل

جدایش جریان

شبیه‌سازی جریان‌های گاز-مایع دو فاز، از نظر پیش‌بینی موقعیت سطح تماس و کوپلینگ مناسب فازها، یک مشکل چالش برانگیز است. محدودیت‌های پایداری ناشی از کشش سطحی فاز مایع ممکن است سطح دشواری شبیه‌سازی را افزایش دهد.

روش لاگرانژی-اویلری دلخواه (ALE) همراه با تکنیک ردیابی سطح تماس، رویکردی برای پیش‌بینی دقیق موقعیت سطح فاصل است. محدودیت‌های موجود در شبیه‌سازی به دلیل کشش سطحی، یک الگوریتم راه‌حل کوپل شده ضمنی را ضروری می‌کند.

انتقال جرم و گرما از سطح تماس بین دو فاز به فرآیندهایی اطلاق می شود که در آن گرما و جرم در سراسر مرز یا فصل مشترک بین دو فاز مانند مایع و گاز، جامد و مایع، یا جامد و گاز مبادله می شوند. این فرآیندها در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های طبیعی و صنعتی از جمله تبخیر، تراکم و واکنش‌های شیمیایی حیاتی هستند.

انتقال حرارت در سطح مشترک معمولاً شامل رسانایی، همرفت و گاهی اوقات تابش است، در حالی که انتقال جرم اغلب شامل مکانیسم‌های انتشار و همرفت است. کارایی و سرعت فرآیندهای انتقال سطحی تحت تأثیر عواملی مانند گرادیان دما، اختلاف غلظت، کشش سطحی و خواص فیزیکی فازهای برهم کنش قرار می‌گیرد.

ناپایداری سطح تماس زمانی رخ می‌دهد که مرز بین دو فاز مختلف، مانند مایعات یا گازها، به دلیل اختلالات یا تفاوت در خواص مانند چگالی، ویسکوزیته یا سرعت، ناپایدار می‌شود. این ناپایداری‌ها می‌تواند منجر به رفتارهای پیچیده و اغلب آشفته مانند تشکیل امواج، قطرات یا الگوهای دیگر در سطح مشترک شود.

ناپایداری‌های سطح تماس در زمینه‌های مختلف از جمله دینامیک سیالات، اخترفیزیک و مهندسی قابل توجه هستند، زیرا می‌توانند بر کارایی فرآیندهای اختلاط، شکل‌گیری الگوها در سیستم‌های طبیعی و رفتار جریان‌های چند فازی در کاربردهای صنعتی تأثیر بگذارند.

 

جداسازی جریان و انتقال حرارت از جمله مسائل مورد مطالعه جریان سیال است که هم در مهندسی آکادمیک و هم در مهندسی کاربردی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. یکی از عوامل اصلی جداسازی جریان، وجود گرادیان فشار نامطلوب است.

 

فشار نامطلوب و جداسازی نسبی را می‌توان در برخی تجهیزات مهندسی مشاهده کرد. در برخی از آنها انتقال حرارت نیز نقش مهمی ایفا می‌کند. پره‌های توربین، کمپرسورها، دیفیوزرها، مبدل‌های حرارتی و اتاق‌های احتراق از جمله وسایلی هستند که امکان جداسازی جریان در آنها وجود دارد.