مرجع کامل نرم افزار COMSOL Multiphysics نرم افزار کاربردی رشته های مهندسی مکانیک ، شیمی و فیزیک

مرجع کامل نرم افزار COMSOL Multiphysics

نرم افزار کاربردی رشته های مهندسی مکانیک ، شیمی و فیزیک

نویسندگان :

دکتر ناصر ثقه الاسلامی ، مهندس محمد علی حاج عسکر خانی ، مهندس احمد اخوت ، مهندس بهاره تنهایی

448 صفحه ، مصور همراه نمودار و جدول

نرم افزار کاربردی کامسول مالتی فیزیک ، فیزیک و مهندسی برای داده پردازی و شبیه سازی کامپیوتری در مهندسی مکانیک ، شیمی ، پتروشیمی و علوم فیزیک و شیمی ..

امروزه استفاده از روش های حل عددی و نرم افزارهای شبیه سازی در محاسبات کامپیوتری و علوم و مهندسی کاربردی وسیعی پیدا کرده است و به عنوان ابزاری کارآمد در طراحی وسایل مهندسی بکار می روند . در دهه 1980 با همت محققیق زیادی نرم افزارهای شبیه سازی مختلفی روانه بازار شدند . نرم افزار هایی که هم اکنون در بازار موجودند ، اگرچه قوی هستند اما عملکرد آنها نیازمند داشتن یک مهارت و درک بسیار بالا از سوی کاربر می باشد تا نتایج قابل قبولی در حالت های پیچیده بدست آید . دقت این نرم افزارها توسط محققین زیادی مورد تایید قرار گرفته است . پیچیدگی معادلات حاکم بر مسئاله ، تاثیر متغییرهای فیزیکی مختلف ، گذرا بودن اغلب مسائل مهندسی ، بالا بودن هزینه های مربوط به تجهیزات آزمایشگاهی و محدودیت استفاده از دستگاه های اندازه گیری در بسیاری از کاربردهای علمی ، ازجمله دلایلی هستند که استفاده از روش های تحلیلی و آزمایشگاهی را در مقایسه با روش های عددی محدود می کند .

یکی از قوی ترین نرم افزارهای موجود در زمینه شبیه سازی نرم افزار FEMLAB می باشد که تاکنون بررسی و کار چندانی با آن در کشور صورت نگرفته است . این نرم افزار توسط شرکت COMSOL که یکی از نامدارترین شرکت ها در زمینه تولید نرم افزارهای شبیه سازی می باشد به بازار آمده است و دارای قابلیت لینک شدن و ارتباط با نرم افزارهای دیکری از جمله Autodesk AutoCAD , MATLAB Simulink  و نظایر آن می باشد . بخش های مختلف COMSOL که شامل COMSOL Multiphysics یا همان محیط شبیه سازی FEMLAB ، COMSOL Script   و COMSOL Engineering LAB  می باشد ، برای انجام هرچه بهتر و دقیق تر شبیه سازی طراحی شده اند . در این نرم افزار می توان مدل فرآیند یا سیستم مورد نظر را شبیه سازی کرد و با نتایج حاتصل رفتار سیستم مورد نظر را مورد بررسی قرار داد . با این نرم افزار می توان با تغییر اندازه سیستم ، شرایط عملیاتی و شرایط مرزی ، حدود فرایند به تجزیه و تحلیل رفتار سیستم پرداخت و رفتار سیستم را برای حالت بهتر پیش بینی نمود . شبیه سازی به شما اجازه پیش بینی رفنار یک سیستم یا فرآیند را به وسیله روابط پایه ای از قبیل موازنه جرم و انرژی و مومنتوم ، معادلات حالت فیزیکی و شیمیایی می دهد . شما می توانید با استفاده از داده های ترمودینامیکی قابل اطمینان ، شرایط عملیاتی واقعی و تجهیزات ، رفتار واقعی را شبیه سازی نمایید . فرایند شبیه سازی شده به شما اجازه اجرای واحد ، تجزیه .و تحلیل ، مطالعه حساسیت و بهینه سازی فریند مورد نظر را می دهد . با استفاده از شبیه سازی شما می توانید جهت راندمان و سوددهی بهتر فرایند را طراحی نمایید .

    4 پست COMSOL Multiphysics نسخه 3.5 و 4.2 و کتاب زبان اصلی 800 صفحه ای را کمی ترجمه و منتشر می کنیم 

ویژگی های برجسته COMSOL Multiphysics

COMSOL Multiphysics . ویژگی های جدیدی را برای تمام مراتحل مدل سازی دارا می باشد از آن جمله می توان فراخوانی فایل های CAD ، ترسیم مدل هندسی ، مشخص سازی فیزیک مدل ، ایجاد شبکه ، حل مدل و پیش پردازش و پس پردازش اشاره کرد.

فراخوانی فایل های CAD و رسم هندسی مدل ؛ این نرم افزار قابلیت وارد کردن هندسه های مورد نظر با استفاده از داده های CAD  ورودی با فرمت های ذیل را دارا می بشد : IGES , SAT , ACIS , Step , Parasolid  ... همچنین امکان وارد کردن فایل هایی با پشتیبانی CATIA v5 , CATIA v4 , Pro/Engineer , Autodesk Inventor , VDA-FS  در این نرم افزار وجود دارد .

ویژگی های مدل و مشخصه های فیزیکی ؛ در این نرم افزار مدل های فیزیکی مختلفی به صورت پیش فرض جهت بررسی انواع مسائل در اختیار کاربر قرار دارد . همچنین در مواردی که مدل سیستم مورد بررسی در پیش فرض های نرم افزار وجود نداشته باشد امکان وارد نمودن مدل جدید برای کاربر فراهم کردیده است . از دیگر ویژگی های برجسته این نرم افزار در این زمینه می توان به امکان بررسی همزمان چند مدل که بسیار در سیستم های مهندسی پرکاربرد است ، وجود دارد .

قابلیت ایجاد شبکه ، مش بندی ؛ قابلیت ایجاد شبکه هندسه های پیچیده و کارایی برای خم ها و سطوح تخت در این نرم افزار فراهم آمده است . به  منظور دستیابی به دقت بالا برای شارش عمودی به مرز ، شما می توانید از ویژگی های جدید Boundary Layer استفاده کنید . این امر شما را قادر می سازد تا تعداد المان های لازم برای حل با حفظ دقت بالا در هنگام کار با جریان های سیالاتی ،  انتقال جرم و حرارت را کاهش دهید .

حل مدل ، بهینه سازی مسئله ؛ در این نرم افزار حل کننده Solver  یا به معنای بهتر آن یافتن حالت و مقدار بهینه ، مستقیم و تکراری برای فرآیندهای مرکب به طور موازی عمل می کند  و این امر نتایج را به طور قابل توجه ای بهبود می دهد . فرایند حل همزمان معادلات حاکم بر مدل به طور کاملاً موازی انجام می شود . حل کننده تفکیکی Segregated Solver با یک واسطه بسیار آسان به شما اجازه کنترل فرآیند و حل را برای کاهش میزان حافظه مورد نیاز و افزایش پایداری در مسائل جفت شده را می دهد . همچنین شما می توانید از حل کننده تفکیکی برای دادن حدس اولیه مناسب در هنگام حل مسائل غیرخطی درجه بالا استفاده کنید . یا استفاده از تابع حداقل مربعات یا تفاضل مربعات GLS می توتنید کارایی حل کننده تکراری را برای مسائل شامل جریان های غیر تراکم پذیر ، غیر همدما  و کم تراکم پذیر به طور چشمگیری افزایش دهید .

پس پردازش ، امکان رسم نمودارهای مختلف در نتایج نرم افزار COMSOL Multiphysics فراهم آمده است . علاوه بر ویژگی های موجود برای انواع نمودارها و نقشه ها ، در منوی پس پردازش امکانات دیگری شامل محاسبات مربوط به خصوصیات هندسی مانند سطح و حجم و مرکز جرم و.. نیز اضافه شده است . برخی محاسبات هندسی و فنی و مهندسی لازم   و امکانات پردازش بر نتایج آزمایش ها چون میانگین ، خطا ، پردازش نمودار مانند مساحت یا حجم زیر نمودار و.. فراهم آمده است .

 

مدول شیمی محیط شبیه سازی منحصر بفرد نرم افزار COMSOL Multiphysics

با توجه به توسعه و پیشرفت فرآیندهای نو و جدید در علوم مهندسی ، مدل سازی در این علوم از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشد . ترکیب کارهای آزمایشگاهی با تجزیه و تحلیل های تئوری در مدل های کامپیوتری باعث افزایش فهم مطالب گشته و همچنین هزینه را برای بررسی فرایندهای جدید کاهش می دهد . مدول مهندسی شیمی یک بسته انتخابی است که محیط شبیه سازی COMSOL Multiphysics را با بالا بردن کارایی واسطه های استفاده کننده برای تجزیه و تحلیل پدیده های انتقال که با واکنش های شیمیایی در ارتیاط می باشد . توسعه می دهد .

مدول مهندسی شیمی یک ابزار مناسب برای مدل سازی سیستم های شیمیایی است کهبا زمان و مکان تغییر می کند . این مدل دارای تعدادی واسطه های مدل سازی برای مدل نمودن جریان سیالات آرام و آشفته ، جریانات چند فازی ، انتقال جرم چند جزئی و انتقال انرژی در سیستم های واکنشی شیمیایی می باشد . مراحل فرایند مدل سازی عبارتند از : رسم هندسه سیستم ، مشخص نمودن خواص شیمیایی و انتقال ، ساخت شبکه ، حل و درنهایت پس پردازش . شما می توانید تجهیزات عملیات واحد ، فرایندهای جداسازی ، کراکینگ ، و راکتورها و برج های شیمیایی را به وسیله این مدل ، مدل نمایید . علاوه برکاربرد آن  در صنایع شیمیایی سنتی ، مدول مهندسی شیمی یک ابزار بسیار مناسب برای تحقیقات در زمینه تبدیل انرژی ، برای مثال پیل های سوختی و فرایندهای احتراق ، موتورهای سوخت فسیلی و.. کاربردهایی مثل میکرو آزمایشگاهی در بیو تکنولوژی و توسعه سنسورها و ابزارآلات در شیمی تجزیه و ترکیب می باشد . و..

آنچه در این کتاب می آموزید :

آشنایی با اصول و مفاهیم شبیه سازی

آموزش جامع نرم افزار COMSOL Multiphysics

آشنایی با انواع مدول های مختلف کاربردی و کاربرد آن ها

نحوه طراحی سیستم های مختلف در فضای یک ، دو و سه بعدی جهت انجام شبیه سازی در محیط COMSOL Multiphysics

شبیه سازی جریان در خطوط انتقال سیالات

شبیه سازی فرآیند خوردگی و سایش در خطوط انتقال سیالات

شبیه سازی مبدل های حرارتی

شبیه سازی سیستم های شامل واکنش های شیمیایی به ویژه راکتورهای شیمیایی

شبیه سازی واکنش های تبدیل انرژی ، پیل های سوختی و موتور های احتراقی

و...

فهرست مطالب

پیشگفتار

فصل اول مقدمه ،

ویژگی های برجسته ، فراخوانی فایل های CAD و رسم مدل ، ویژگی های مدل و مشخصه های فیزیکی ، ایجاد شبکه ، حل مدل ، پس پردازش ، مقدمه ، مروری بر واسط مدل سازی ، مدل های کاربردی و پیوندهای فیزیک های چند گانه از پیش تعریف شده ، راهنمای مدل سازی ، واردکردن داده ها ، حدس اولیه و شرایط اولیه ، ابعاد فضایی ، انتخاب مد های کاربردی و پیوند های از پیش تعریف شده

فصل دوم ؛ آشنایی با محیط  COMSOL Multiphysics

مقدمه ، محیط نرم افزار COMSOL Multiphysics ، صفحه Model Navigator  ، مدول های COMSOL  ، واسط گرافیکی کاربر GUI  در COMSOL Multiphysics ، ایجاد هندسه فرایند ، تعیین خصوصیات فیزیک مورد بررسی ، ساخت شبکه meshing   ، تعیین حل کننده Solver  ، پس پردازش Post processing ، کتابخانه مواد و ضرایب Material/ coefficient Library ، ..

فصل سوم ؛ ایجاد هندسه مدل

مقدمه ، ایجاد مدل هندسی یک بعدی 1D ، ایجاد مدل هندسی دو بعدی 2D   ، استفاده از جعبه ابزار و زبانه رسم در فضای دو بعدی ، استفاده از زبانه رسم ، تکنیک های مدل سازی دو بعدی 2D  اجسام توپر ، ایجاد مدل هندسی سه بعدی و..

فصل چهارم ؛ اتقال و واکنش

مقدمه ، جریان آرام و آشفته ، فعال کردن و یا تعویض مدل های آشفتگی ، انتخاب شرایط مرزی ، جریان غیر همدما و جریان همراه با دانسیته متغییر ، جاذبه و شرایط مرزی ، جریان واسط آزاد و متخلخل ، انتقال مومنتوم ، انتقال جرم ، انتقال انرژی ، انتقال در محلول های چند جزئی ، استفاده از مد کاربری جابجایی و نفوذ استفان ماکسول ، حرکت های واکنشی در سیستم های هم دما و سیستم های غیر هم دما ، سیستم های هم دما ، سیستم های غیر هم دما ، سیستم های واکنشی و جریان سیالات ، سیستم های الکترو شیمیایی ، توزیع دانسیته جریان اولیه و ثانویه ، سومین توزیع دانسیته جریان ، راکتورهای لوله ای و مدهای ساختگی ، تقارن محوری ، مد های ساختگی ، راکتور های ایده آل سیستم های وابسته به زمان و مکان ، صادر کردن از COMSOL Reaction Engineering Lab  به  COMSOL Multiphysics  ، جریان چند فازی ، مد کاربری The Level Set Two Phase Flow ، مد کاربردی جریان حبابی ، مد های کاربردی مدل مخلوط یا ترکیبی ، حل مسائل سه بعدی بزرگ ، انتخاب یک راه حل سیستم خطی ، Preconditioners  ، استفاده و کاربرد حل کننده های تفکیک شده ثابت ،

فصل پنجم ؛ انتقال مومنتوم

مقدمه ، معادلات ناویر استوکس تراکم ناپذیر ، Subdomain equation ,  ، شرایط مرزی ، Point Setting  ، پایداری عددی ، نفوض مصنوعی Numerical Stability – Artificial Diffusion  ، Corner Smoothing ,   ، تقریب Boussinesq  ، جریان چرخشی ، مشخصات جریان چرخشی ، جریان غیر نیوتونی ، Subdomain equation  ، مدل های ویسکوزیته از پیش تعریف شده ، جریان آشفته ، Subdomain equation مدل آشفتگی کا ایپسیلون K_E ، مدل آشفتگی کا امگا  K-W ، شرایط مرزی ، Reliability Constrains ، خصوصیات مدل آشفتگی ، ناویر استوکس با تراکم پذیری ضعیف ، Subdomain Setting ، دیگر تنظیمات ، Turbulent Weakly compressible Flow  ، قانون دارسی ،  Subdomain Setting ، شرایط مرزی ، معادلات برینگ من ، مقدمه ، Subdomain equation ، شرایط مرزی ، روش Level Set ،  Subdomain Setting، شرایط مرزی ، روش  Level Set  برای جریان دوفازی ، مدل جریان حبابی ، Subdomain equation ، شرایط مرزی ، Numerical Stabilization ، ، The Mixture model  ،  Subdomain equation ، شرایط مرزی ، Numerical Stabilization

فصل ششم ؛ مدول انتقال انرژی

مقدمه ، هدایت و جابجایی ، Subdomain Setting ، شرایط مرزی ، جریان آشفته ، هدایت ، Pseudo 2D and Pseudo 3d Energy Balance Application Modes ، پیوندهای چند جزئی از پیش تعریف شده ، جریان یا دانسیته متغییر ، Fluid Chemical Reactions interaction ، Rotating machinery  ،

فصل هفتم ؛ مدول انتقال جرم

مقدمه ، نفوذ و جابجایی ، Subdomain equation ، شرایط مرزی ، نفوذ Subdomain equation ، شرایط مرزی ، Pseudo 2D and Pseudo 3d Mass Balance Application Modes ، Maxwell-Stefan Diffusion and Convection  ، شرایط مرزی ، مدل های فرضی دو بعدی ، 3 بعدی انتقال جرم ، معادلات ترنست پلانگ ، مد ترنست پلانگ ، مد کاربری Nernst –Planck Without Electroneutrality  ، مد کاربری The Electokinetic Flow  ، شکل محافظه کارانه و غیر محافظه کارانه ، Pseudo 2D and Pseudo 3d Mass Balance Application Modes ،

فصل هشتم ؛ تهیه گزارشی از شبیه سازی

مقدمه ، تنظیمات خصوصیات Model Properties  ، تهیه گزارش ، نحوه تهیه یک گزارش همراه با یک مثال کاربردی عملی ،

فصل نهم ؛ مدل های کتابخانه ای

مقدمه ، قطره کبالت مایع در حال نوسان ، مقدمه ، تعریف مدل ، نتایج ، مراحل مدلسازی ، جریان های غیرهمدما در فرآیند سردسازی ، مقدمه ، تعریف مدل ، نتایج ، مدل سازی قدم به قدم ، زمان ماند در راکتور آشفته ، مقدمه توصیف مدل ، نتایج ، مدل سازی قدم به قدم – راکتور آشفته دو بعدی 2D  ، لوله استفان ، مقدمه ، تعریف مدل ، نتایج ، مدل سازی قدم به قدم ، جریان چرخشی حول یک دیسک چرخان ، مقدمه ، تعریف مدل ، نتایج ، مدل سازی قدم به قدم ، جذب ، حذف آلودگی پساب در یک زلال کننده ثانویه ، مقدمه تعریف مدل ، مدل سازی در COMSOL Multiphysics ، مدلسازی قدم به قدم ، پدیده جذب در فیلم مایع ریزان ، مقدمه ، توصیف مدل ، نتایج و بحث ، مدلسازی در COMSOL Multiphysics ، مدل سازی در واسط گرافیکی کاربر GUI ، کاهش NOx با استفاده از کاتالیست گزینشی ، مقدمه ، توصیف و توضیح مدل ، نتایج ، مدل سازی با استفاده از  COMSOL Reaction Eng.LAB ، اکسیداسیون کاتالیسیتی هیدرو کربن ها در راکتور بستر ثابت ، مقدمه ، توصیف مدل ، نتایج و بحث ، مدل سازی در COMSOL Multiphysics ، مدلسازی در واسط گرافیکی کاربر GUI ، و..

فصل دهم ؛ مدل های مطالعه بیشتر COMSOL Multiphysics Case Studies , Case Study  :

شبیه سازی جریان در خطوط لوله شامل انبساط ناگهانی ، خصوصیات مدل مورد بررسی ، شبیه سازی مودل مورد برسی ، تعریف معادلات حاکم بر فرآیند و انتخاب بعد فضایی سیستم ، بحث و نتیجه گیری ، مدل سازی و شبیه سازی فرآِند Erosion-Corrosion ، در لوله های شامل انبساط و انقباض ناگهانی ، توصیف مدل مورد بررسی ، مدل سازی فرآیند خوردگی و سایش ، مدل سازی جریان دو فازی ، شبیه سازی مدل مورد بررسی ، بحث و نتیجه گیری ، بررسی نحوه توزیع دما در یک دیواره ، بررسی نحوه توزیع دما در یک دیواره ، تعریف مدل ، معادلات حاکم بر مدل ، حالات مختلف حل مدل ، نتایج مورد انتظار ، مراحل مدلسازی ، نتیجه گیری ، شبیه سازی میکرو کانال ها به منظور جداسازی آلبومین ، آلومین ، اصول پایه و و بنیادی سیستم های میکروسیالی ، فیلتر H  فرم ، H شکل ، شبیه سازی رسوب گذاری در مبدل های حرارتی صفحه ای در صنایع لبنی ، اساس انتخاب سیال ، توضیح حجم کنترل ، فرضیات مسئله ، معادلات حاکم ، مدلسازی عددی ، مدل های مورد بررسی قرار گرفته در این تحقیق ، شرایط مرزی ، شبکه بندی ، نتایج و منابع و.. کاربردی عملی  در نرم افزار شبیه سازی مولتی فیزیک ، شیمی فیزیک COMSOL Multiphysics

nbsp;