%38تخفیف

شبیه‌سازی سه‌بعدی حرکت ذرات جامد در سیال با استفاده از روش شبکه بولتزمن و محاسبات کارت گرافیک

شبیه‌سازی سه‌بعدی حرکت ذرات جامد در سیال با استفاده از روش شبکه بولتزمن و محاسبات کارت گرافیک

92 صفحه فايل word

قابل ويرايش

چکیده

بررسی برهم‌کنش میان ذرات جامد و سیال به‌عنوان مقدمه‌ای بر شبیه‌سازی بسیاری از مسائل مهندسی مانند بسترهای سیالی، تهنشینی ذرات و جوهر کاتالیست در سلول‌های سوختی موردبررسی قرارگرفته است. ازاین‌رو در این پژوهش شبیه‌سازی حرکت ذرات جامد در جریان سیال موردبررسی قرار گرفت و از ترکیب روش شبکه بولتزمن و روش نمایه هموار برای بررسی حرکت ذرات جامد در جریان سیال استفاده‌شده است. به دلیل اینکه محاسبات این روشها کاملاً محلی بوده و قابلیت پردازش موازی را دارا می‌باشند، از کارت گرافیک برای انجام محاسبات استفاده شد. نتایج حاکی از این بود که بکار گیری کارت گرافیک برای انجام محاسبات، میتواند زمان محاسبات را بسته به نوع مسئله تا 80 برابر کاهش دهد که ازلحاظ فنی باعث می‌شود، بسیاری از مسائل مهندسی که تاکنون به دلیل زمان‌بر بودن بررسی نشدهاند موردبررسی قرار گیرند. ازاین‌رو ترکیب دو روش شبکه بولتزمن و نمایه هموار، به دلیل اینکه پیچیدگیهای روشهای قبلی برای شبیه‌سازی ذرات جامد در سیال را نداشته و قابلیت پردازش موازی را نیز دارا می‌باشند، مدل مناسبی برای شبیه‌سازی حرکت ذرات جامد در سیال می‌باشد.

کلمات کلیدی: روش شبکه بولتزمن، روش نمایه هموار، پردازش موازی، اندرکنش سیال و جامد

دسته: فنی و مهندسی, مهندسي مکانيک برچسب: اندرکنش سیال و جامد, پردازش موازی, روش شبکه بولتزمن, روش نمایه هموار

توضیحات

فهرست مطالب

عنوان

صفحه

فصل اول… 1

مقدمه. 1

1-1 مقدمه. 2

1- 2 مروري بر کارهاي انجام‌شده. 2

1-3 اهداف رساله. 6

فصل دوم.. 8

روش شبکه بولتزمن.. 8

2- 1 مقدمه. 9

2- 2 روشهاي مختلف براي مدل کردن مسائل مکانيک سيالات… 9

2-2-1 روشهای ماکروسکپی.. 9

2-2-2 روش های میکروسکوپی.. 10

2-2-3 روش مزوسکوپی.. 11

2-3 منشا روش شبکه بولتزمن.. 12

2-3-1 روش شبکه گاز. 12

2-3-2 روش شبکه بولتزمن.. 13

2- 4 توابع توزيع سرعت… 13

2- 5 معادله بولتزمن.. 13

2- 6 روش شبکه بولتزمن.. 14

2-7 محاسبه خواص ماکروسکوپی.. 16

2- 8 تابع توزيع تعادلي.. 16

2-9 شرايط مرزي در روش شبکه بولتزمن.. 17

2-9-1 شرط مرزي تناوبي.. 17

2-9-2 شرط مرزي عدم لغزش… 18

2- 10 اندرکنشهاي ذرات با هم در فواصل بسيار نزديک…. 21

2-11 تبديل واحدهاي شبکه بولتزمن به واحدهاي…. 22

فصل سوم.. 24

روش نمایه هموار. 24

3- 1 مقدمه. 25

3-2 روش نمايه هموار. 25

فصل چهارم.. 32

پردازش موازی.. 32

4-1 مقدمه. 33

4- 2 پردازش موازی توسط کارت گرافیک…. 35

4- 3 ساختار کارت گرافیک…. 37

4-3-1 معماری کارت گرافیک…. 37

4-3-2 رشته پردازشی.. 37

4-3-3 بلوک… 37

4-3-4 شبکه. 38

4-4 سازمان دهی رشته های پردازشی در کودا 39

4- 5 مقدمه ای بر برنامه نویسی کودا 40

4- 5-1 تعریف و فراخوانی کرنلها 40

4-5-2 فراخوانی کرنل.. 41

4-5-3 انتقال اطلاعات… 41

4-5-3-1 دستور cudaMalloc. 42

4-5-3-2 دستورcudaMemcpy………………………………………………………………………..43

4-5-3-3 دستور cudaFree. 43

4- 6 موازی سازی.. 44

4-6-1 تقسیم‌بندی بلوکها 45

4-7 اگوریتم برنامه نویسی با کارت گرافیک…. 46

فصل پنجم.. 47

الگوریتم حل عددی.. 47

5-1 الگوریتم موازی سازی روش شبکه بولتزمن.. 48

5-2 الگوریتم عددی حل.. 50

فصل ششم.. 53

ارائه و تحلیل نتایج.. 53

6-1 مقدمه. 54

6-2 جریان سیال درون کانال. 54

6-2-1 دامنه محاسباتی و شرایط مرزی.. 54

6-3 جريان برشي.. 57

6-3-1 ایجادجريان برشي در يک سيال خالص از لحظه راه اندازي تا رسيدن به حالت دائم. 57

6-3-2 يک ذره در جريان برشي.. 57

6-3-3 دو ذره در جريان برشي.. 59

6-4 ته نشینی يک، دو و چندين ذره کروی جامد در يک سيال نيوتني در جريان سه‌بعدي.. 61

6-4 -1 ته نشيني يک ذره کروی درون يک محفظه مکعب مستطیلی در جريان سه بعدي.. 61

6-4-2 ته نشيني دو ذره کروی درون محفظه مکعب مستطیلی شکل در جريان سه بعدی.. 65

6-4-3 ته نشيني چندین ذره کروی درون يک محفظه مکعب مستطيلي.. 68

فصل هفتم.. 71

7-1 نتیجه گیری.. 72

7-2 پیشنهادات برای مطالعات بعدی.. 73

فصل هشتم.. 74

منابع و مراجع. 74

فهرست شکلها

عنوان

صفحه

شکل(2-1): نمایی از سیال در دیدگاه ماکروسکوپی.. 10

شکل(2-2): نمایی از سیال در دیدگاه میکروسکوپی.. 11

شکل(2-3): نمایی از سیال در دیدگاه مزوسکوپی.. 12

شکل (2-4): مدل سه بعدي نوزده سرعته .. 14

شکل (2-5): مرحله برخورد. 15

شکل (2-6): مرحله پخش… 15

شکل(2-7): شرط مرزي تناوبي.. 18

شکل (2-8): شرط مرزي کمانه کردن مياني.. 19

شکل (2-9): مرز محاسباتي در زمانهاي‌ t₁ و t₂ ]21[. 20

شکل (2-10): نمايش شرط مرزي کمانه کردن ]28[. الف) کمانه کردن براي ديواري که فاصله آن تا آخرين گره سيال کمتر از نصف واحد شبکه است. ب) کمانه کردن براي ديواري که فاصله آن تا آخرين گره سيال بيشتر از نصف واحد شبکه است. 21

شکل (2-11): روش انعکاسي با يک ذره مجازي براي اعمال نيروي دافعه بين يک ذره و ديواره پايين در فواصل خيلي نزديک ديواره و ذره 22

شکل (3-1): منحني تابع موقعيت يک ذره نمونه(خط نقطه چين)، نمايه مستطيلي(خط ممتد) براي مقايسه نشان داده شده است… 26

شکل (3-2): شماتيکي از نمايه هاي هموار سيستمي که در آن دو ذره جامد وجود دارد. 27

شکل (3-3): ذره جامد قرار گرفته در محل گره هاي سيال مجازي براي محاسبه نيروي بر واحد جرم اندرکنش هيدروديناميکي جامد- سيال، ، اعمال شده روي گره هاي سيال مجازي.. 29

شکل (4-1): روند رشد سرعت پردازش پردازنده‌های مرکزی و کارت‌های گرافیک ]29[. 34

شکل (4-2): سازمان دهی کدهای اجرایی توسط کامپایلرNVCC.. 36

شکل (4-3): شماتیک یک رشته پردازشی.. 37

شکل (4-4): شماتیک مجموعه ای از رشته های پردازشی در یک بلوک… 38

شکل (4-5): مجموعه ای از بلوک ها در یک شبکه. 38

شکل (4-6): سازمان دهی رشته های پردازشی درون بلوک های واقع در شبکه. 38

شکل(4-7):سازماندهی شدن رشته های پردازشی به منظور اجرا کرنل فراخوانی شده 41

شکل (4-8): انتقال اطلاعات بین حافظه کارت‌گرافیک و پردازنده مرکزی.. 42

شکل (4-9): نحوه ارسال توابع به بلوک‌ها 45

شکل(5-1): نمایی از قرار گیری ذرات در شبکه کارتزین.. 49

شکل(5-2): چینش سه بعدی رشته های پردازشی درون یک بلوک متناسب با هندسه فیزیکی مساله. 49

شکل (۶-۱): هندسه کانال مربعی.. 55

شکل (۶-۲): پروفیل سرعت سیال در صفحه میانی کانال. 55

شکل (۶-۳): نمودار مدت‌زمان حل برای ۱۰۰۰ تکرار. 56

شکل (۶-۴): نمودار مدت‌زمان حل کلی برای برای شبکه ۶۴۶۴۶۴. 56

شکل (۶-۵): شماتیکی از یک ذره در جریان برشی.. 58

شکل (۶-۶): سرعت زاوایهای بدون بعد بر حسب رینولدز برشی برای یک ذره در جریان برشی.. 58

شکل (۶-۷): سرعت زاویه ای ذره بر حسب فاصله دو دیواره از هم. 59

شکل (۶-۸): شماتیکی از دو ذره کروی در جریان برشی.. 60

شکل (۶-۹): مسیر حرکت دو ذره در جریان برشی که با هم اندر کنش هیدرودینامیکی دارند. 60

شکل (۶-۱۰): شماتیکی از هندسه ته نشینی یک ذره کروی درون یک محفظه. 62

شکل (۶-۱۱): کانتور سرعت سیال همراه با ذره در زمانهایs 39/0= t،s 79/0= tو s19/1= t.. 62

شکل (6-12): سرعت سقوط ذره بر حسب زمان در اعداد رینولدز مختلف مطابق با جدول (6-2) 63

شکل (6-13):مولفه بی بعد ارتفاع (سقوط ذره در زمانهای مختلف… 63

شکل (6-14): مطالعه عدم وابستگی حل عددی به شبکه محاسباتی.. 64

شکل (6-15): نمودار مقایسه زمان حل توسط کارت گرافیک و واحد پردازنده مرکزی.. 65

شکل (6-16): شماتیکی از هندسه سقوط دو ذره درون یک محفظه. 66

شکل (6-17): فاصله عمودی دو ذره نسبت به هم در حین سقوط بر حسب زمان. 67

شکل (6-18): مولفه سرعت عمودی سقوط دو ذره بر حسب زمان. 67

شکل (6-19): ارتفاع مراکز دو ذره در حین سقوط بر حسب زمان. 68

شکل (6-20): موقعیت اولیه ذرات………………………………………………….69

شکل (6-21): موقعیت ذرات در s77/5=T.. …..69

شکل (6-22): موقعیت ذرات در s5/8=T.. 70

فهرست جداول

عنوان

صفحه

جدول (۶-۱) مشخصات کارت‌گرافیک و واحدپردازنده‌مرکزی.. 56

جدول(6-2): چگالیهای مختلف سیال متناسب با دادههای Ten Cate[18]. 62

جدول (6-3): مشخصات کارتهای‌گرافیک و واحدهای پردازنده‌مرکزی مختلف… 64

فهرست علائم

توزیع تابع احتمال ذرات
سرعت مرکز ذره
سرعت مجزا شده روی شبکه
سرعت صوت در شبکه
تابع توزیع ذرات برای جهات مختلف شبکه
تابع توزیع تعادلی
تابع توزیع تعادلی برای جهات مختلف شبکه
فشار	P
موقعیت مکانی ذره	r
زمان آرامش بی بعد
اندازه فاصله دو گره در شبکه
گام زمانی شبکه
زمان برخورد برای رسیدن به حالت تعادل
چگالی
طول ناحیه حل
عرض ناحیه حل
ارتفاع ناحیه حل
ویسکوزیته سینماتیک
تانسور ممان اینرسی ذره جامد
جرم ذره جامد
تعداد ذرات جامد
شعاع ذره جامد
عدد رینولدز برشی
زمان	t
گشتاور	T
بردار نیروی خارجی
مختصات نقاط شبکه

علائم یونانی

شتاب زاویهای
لزجت
نرخ برش اعمال شده
کسر سطحی میانگین ذرات جامد
منحنی تابع موقعیت جسم جامد
سرعت زاویهای

امتیاز 0 از 5 از 0 دیدگاه

قیمت اصلی: 37,000 تومان بود.قیمت فعلی: 23,000 تومان.

تاریخ ایجاد مهر 30, 1399
تاریخ بروزرسانی اسفند 13, 1401
فروش 0
دیدگاه 0

شرایط استفاده از محصول

تمام محصولات به ازای پرداخت پروژه تنها قابل استفاده می باشند. این بدین معنی است که برای استفاده از یک یا چند محصول ، لازم به خرید آن محصول است.

مزایای خرید این محصول:

دسترسی به فایل به صورت همیشگی
پشتیبانی رایگان
پشتیبانی 24 ساعته محصول
بازگشت وجه در صورت عدم رضایت مشتری

مشاهده قوانین سایت