Chương 3 : MÔ PHỎNG SỐ
3.2 Mô phỏng số
3.2.3 Trình bày mơ phỏng số bằng phần mềm comsol 5.2a
3.2.3.1 Lựa chọn lời giải, cách nhập mơ hình hình học.
1. Khởi động phần mềm Comsol. Chọn thẻ Model Wizard để tạo một mô
phỏng hoặc Blank Model để tạo một mơ hình tự thiết lập theo người dùng.
Ở đây ta chọn Model Wizard như hình 3.5.
Hình 3.8: Chọn Model
Hình 3.9 Chọn Modun
50 2. Trong khung cây Select Physics , chọn Heat Transfer>Conjugate Heat
Transfer>Turbulent Flow, click Turbulent Flow, k- ε .Click Add và
click Study như hình 3.9.
3. Ở cửa sổ tiếp theo trong khung Select Physic Interface click Stationary with
Initialization , Click Done .
4. Trên thanh công cụ Geometry toolbar, click Import như hình 3.10.
Hình 3.10 Nhập mơ hình vào Comsol
5. Click Geometry trong khung Model Builer, ở bên khung Setting Geometry chuyển kích thước Length unit về mm như hình 3.11.
51 6. Trên thanh công cụ Geometry toolbar, click BuildAll, hoặc nhấp
BuildAll trong khung Setting Geometry.Sau khi Build All, sẽ thấy xuất hiện
mơ hình bên khung Graphics như hình 3.12.
.
Hình 3.12 Mơ hình graphics
Thiết lập các giá trị - Parameters:
Thiết lập các giá trị thơng số điều kiện biên cho bài tốn như sau:
1. Trong khung Model Builder, ta nhấp phải vào Glodal Definitions chọn
Parameters.
2. Thiết lập thông số theo bảng 3.2
Bảng 3.3 Thông số các giá trị ban đầu của bài tốn mơ phỏng số
Tên Giá trị Mô tả
T_Steam 105[degC] Nhiệt độ hơi nước vào T_Water 29[degC] Nhiệt độ nước giải nhiệt vào m_steam 0.06[g/s] Lưu lượng khối lượng hơi nước
52
Cài đặt vật liệu cho bài toán
1. Trên thanh cơng cụ Home click Add Material như hình 3.13.
Hình 3.13 Chọn thêm vật liệu
2. Trong khung Add Material window, chọn Built-In, click chọn vật liệu như hình 3.14.
Hình 3.14 Vật liệu sau khi đã được thêm vào
Cài đặt miền con và điều kiện biên
Thiết lập thông số điều kiện biên cho bài tốn truyền nhiệt của mơ hình. Khối rắn 1
Phần này dùng để thiết lập bài tốn truyền nhiệt cho khối nhơm, ở đây tác giả giữ nguyên thiết lập mặc định của comsol , khơng can thiệp hay chỉnh sửa như hình 3.15.
53
Lưu chất 1
Phần này dùng để thiết lập bài tốn truyền nhiệt cho phía nước giải nhiệt ở đây tác giả giữ nguyên thiết lập mặc định của comsol , không can thiệp hay chỉnh sửa như hình 3.16.
54
Điều kiện ban đầu 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện nhiệt độ ban đầu của mơ hình, giá trị nhập 31oC như hình 3.17.
Hình 3.17 Điều kiện ban đầu 1 Cách nhiệt 1 Cách nhiệt 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện ranh giới mặc định cho nhiệt độ như hình 3.18.
Hình 3.18 Cách nhiệt 1 Thiết lập nhiệt độ 1 Thiết lập nhiệt độ 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện nhiệt độ ở đầu vào phía ngưng tụ, chỉ định đầu vào của hơi nước, nhập giá trị T_Steam như hình 3.19.
55
Đầu ra lưu chất 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện nhiệt độ ở đầu ra phía ngưng tụ như hình 3.20.
Hình 3.20 Đầu ra lưu chất 1 Thiết lập nhiệt độ 2
Phần này dùng để thiết lập điều kiện nhiệt độ ở đầu vào phía ngưng tụ, chỉ định đầu vào của hơi nước, nhập giá trị T_Water như hình 3.21.
Hình 3.21 Thiết lập nhiệt độ 2 Đầu ra lưu chất 2
Phần này dùng để thiết lập điều kiện nhiệt độ ở đầu ra phía giải nhiệt như hình 3.22.
56
Thiết lập dòng nhiệt 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện trao đổi nhiệt của mơ hình với mơi trường bên ngồi, hình thức trao đổi nhiệt chủ yếu là đối lưu, bỏ qua bức xạ. Ta chỉ định các mặt biên có xảy ra trao đổi nhiệt đối lưu, chọn điều kiện trao đổi nhiệt đối lưu, ở đây chọn điều kiện Convctive heat flux và nhập các giá trị h = 10, Text =
31oC như hình 3.23.
57
Thiết lập thơng số điều kiện biên cho bài tốn dịng chảy lưu chất của mơ hình. Thiết lập lưu chất 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện dịng chảy cho phía nước giải nhiệt ở đây tác giả giữ nguyên thiết lập mặc định của comsol , không can thiệp hay chỉnh sửa như hình 3.24.
58
Điều kiện ban đầu 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện dịng chảy ban đầu của mơ hình, giá trị nhập , u = 0, p = 0 như hình 3.25.
Hình 3.25 Điều kiện ban đầu 1
Điều kiện vách 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện vách cho dòng chảy, ở đây chọn điều kiện Wall Function như hình 3.26.
59
Thiết lập lực trọng trường 1
Phần này dùng để thiết lập ảnh hưởng của trọng lực đến dòng chảy lưu chất, ở đây chọn phương tác dụng của lực trọng trường đến dòng chảy lưu chất theo phương z như hình 3.27.
Hình 3.27 Thiết lập lực trọng trường 1 Đầu vào lưu chất 1 Đầu vào lưu chất 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện dòng chảy đầu vào phía ngưng tụ, chỉ định đầu vào của hơi nước, chọn điều kiện dòng chảy đầu vào Mass Flow và nhập giá trị m_steam như hình 3.28.
60
Đầu ra lưu chất 1
Phần này dùng để thiết lập điều kiện dịng chảy đầu ra phía ngưng tụ, chỉ định đầu ra của nước ngưng tụ, chọn điều kiện dòng chảy đầu ra pressure và nhập giá trị 0 như hình 3.29.
Hình 3.29 Đầu ra lưu chất 1 Đầu vào lưu chất 2 Đầu vào lưu chất 2
Phần này dùng để thiết lập điều kiện dịng chảy đầu vào phía giải nhiệt, chỉ định đầu vào của nước giải nhiệt , chọn điều kiện dòng chảy đầu vào Mass Flow và nhập giá trị m_water như hình 3.30.
61
Đầu ra lưu chất 2
Phần này dùng để thiết lập điều kiện dịng chảy đầu ra phía giải nhiệt, chỉ định đầu ra của nướcgiải nhiệt, chọn điều kiện dòng chảy đầu ra pressure và nhập giá trị như hình 3.31.
Hình 3.31 Đầu ra lưu chất 2 Thiết lập lưu chất 2 Thiết lập lưu chất 2
Phần này dùng để thiết lập điều kiện dịng chảy cho phía ngưng tụ ở đây tác giả giữ nguyên thiết lập mặc định của comsol , khơng can thiệp hay chỉnh sửa như hình 3.32.
62
Tạo lưới và giải mơ hình
Tạo lưới
Phần này dùng để thiết lập cách chia lưới cho mơ hình , ở đây tác giả chọn chia lưới kiểu Free Tetrahedral. Mơ hình được tách ra 3 phần chính để chia lưới.
Phần 1: Phần lưu chất, ở đây tác giả chọn điều kiện Fluid dynamics, kích thước lưới Coarse.
Phần 2: Phần tấm nhôm, ở đây tác giả chọn điều kiện General physics, kích thước lưới Coarse.
Phần 3: Phần tấm PMMA, ở đây tác giả chọn điều kiện General physics, kích thước lưới Extremely Coarse.
Kết quả sau khi chia lưới mơ hình ta được như hình 3.30 với 47362 phân tử miền, 13961 phân tử biên và 3305 phân tử cạnh.
63
Giải mơ hình
Phần này dùng để thiết lập lời giải mặc định cho mơ hình như hình 3.34, ở đây tác giả giữ nguyên lời giải mặc định của comsol , không can thiệp hay chỉnh sửa, sau khi giải xong sẽ được biểu đồ hội tụ lời giải của mơ hình như hình 3.35.
Hình 3.34 Lời giải mặc định của comsol
Hình 3.35 Biểu đồ hội tụ của lời giải của mơ hình Hiển thị kết quả mô phỏng Hiển thị kết quả mô phỏng
64 Phần này dùng để hiển thị kết quả sau khi mơ phỏng, giao diện như hình 3.36.
65
4 Chương 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ VÀ THẢO LUẬN
Các kết quả mô phỏng được thực hiện trên 5 mẫu micro M1, M2, M3, M4 và M5. Các thông số đưa vào mô phỏng như trong bảng 4.1.
Bảng 4.1 Thông số các giá trị ban đầu của bài tốn mơ phỏng số
Tên Giá trị Mô tả
T_Steam 105[degC] Nhiệt độ hơi nước vào T_Water 29[degC] Nhiệt độ nước giải nhiệt vào m_steam 0.06[g/s] Lưu lượng khối lượng hơi nước
m_water 3[g/s] Lưu lượng khối lượng nước giải nhiệt