نرم افزارهای طراحی حرارتی و مکانیکی

سه روش کلی برای حل مسائل پیچیده مهندسی وجود دارد: روش های تحلیلی، روش های تجربی و روش های عددی. در حالی که روش‌های تحلیلی راه‌حل‌های دقیقی را ارائه می‌دهند، آنها به حداقل هندسه محدود می‌شوند. روش‌های تجربی می‌توانند نتایج دقیقی داشته باشند، اما پرهزینه هستند و در بیشتر موارد از نظر مالی امکان‌پذیر نیستند. تحلیل المان محدود (FEA)، یک روش عددی دوره مهندسی مکانیک برای حل مسائل مهندسی و یک تکنیک عددی بسیار متنوع و جامع است که راه حل های مهندسی قابل اعتمادی را ارائه می دهد. برجسته ترین ویژگی FEA گسسته سازی یک دامنه معین به مجموعه ای از زیر دامنه های ساده به نام عناصر محدود است. هر چه تعداد این عناصر محدود بیشتر باشد، مدل سازی و تحلیل بعدی دقیق تر است. روش اجزای محدود یک روش ریاضی مبتنی بر حل معادلات دیفرانسیل به بهترین شکل ممکن است. معادله دیفرانسیل هر معادله ای است که مشتقات معمولی یا جزئی را شامل می شود. آنها می توانند معمولی، جزئی یا خطی باشند. از منظر مهندسی، معادلات دیفرانسیل مهم هستند زیرا بیانگر زبانی هستند که قوانین فیزیکی در آن بیان می شوند. هدف FEA تبدیل معادلات دیفرانسیل یک سیستم به مجموعه ای از معادلات خطی است که می تواند توسط نرم افزار کامپیوتری حل شود.

نرم افزار شبیه سازی COMSOL

مهندسان و دانشمندان از نرم افزار COMSOL Multiphysics® برای شبیه سازی طرح ها، دستگاه ها و فرآیندها در تمام زمینه های مهندسی، تولید و تحقیقات علمی استفاده می کنند. COMSOL Multiphysics® یک پلتفرم شبیه‌سازی است که قابلیت‌های مدل‌سازی چندفیزیکی و تک‌فیزیکی کاملاً همراه را ارائه می‌دهد. Model Builder تمام مراحل در گردش کار مدل‌سازی را شامل می‌شود – از تعریف هندسه، خواص مواد، و فیزیک که پدیده‌های خاص را توصیف می‌کند تا انجام محاسبات و ارزیابی نتایج.

هنگامی که یک مدل را توسعه دادید، می توانید از Application Builder برای تبدیل آن به یک برنامه شبیه سازی با رابط کاربری اختصاصی استفاده کنید که می تواند توسط همکاران و مشتریانی که در نرم افزارهای شبیه سازی متخصص نیستند، استفاده کنند. برای کمک به سازمان‌دهی مدل‌ها و برنامه‌های کاربردی، پلتفرم COMSOL Multiphysics® همچنین شامل Model Manager است که ابزاری برای مدل‌سازی و مدیریت شبیه‌سازی است که کنترل نسخه و ذخیره‌سازی کارآمد را فراهم می‌کند.

می توانید هر ترکیبی از محصولات افزودنی را از مجموعه محصولات COMSOL به پلت فرم نرم افزار COMSOL Multiphysics اضافه کنید. انجام این کار به شما امکان می دهد تا به ویژگی های تخصصی متناسب با نیازهای مدل سازی خاص خود در یک رابط کاربری که همیشه یکسان به نظر می رسد، صرف نظر از زمینه های مهندسی یا پدیده های فیزیک دسترسی داشته باشید.

مدل سازی Multiphysics

مدل‌سازی همراه با آزمایش‌ها برای بهینه‌سازی فرآیندها و دستگاه‌ها سریع‌تر و اغلب کارآمدتر و دقیق‌تر از اجرای روش‌های آزمایشی یا آزمایش نمونه‌های اولیه به تنهایی مفید است. با توسعه مدل های آزمایشی تایید شده برای تجزیه و تحلیل های خود، می توانید درک عمیق تری از طراحی یا فرآیند به دست آورید زیرا می توانید آن را به شیوه ای راحت تر از آزمایشگاه مطالعه کنید.

مولتی فیزیک اغلب برای مدلسازی دقیق طرح یا فرآیند شما ضروری است. به عنوان یک کاربر COMSOL Multiphysics®، شما از طبیعت محدود کننده ای که به طور کلی با نرم افزار شبیه سازی مرتبط است آزاد هستید و کنترل کاملی بر تمام جنبه های مدل خود دارید. شما می توانید با رویکردهای سنتی به روشی غیرممکن، یا بسیار سخت تر، خلاق باشید، به لطف توانایی ترکیب هر تعداد از پدیده های فیزیک با هم. برای سفارشی سازی بیشتر، توضیحات فیزیک تعریف شده توسط کاربر را با معادلات و عبارات مرتبط، مستقیماً در رابط کاربری وارد کنید.

مدل های چندفیزیکی دقیق طیف وسیعی از شرایط عملیاتی ممکن و اثرات فیزیکی را در نظر می گیرند. این امکان استفاده از مدل‌هایی را برای درک، طراحی و بهینه‌سازی فرآیندها و دستگاه‌ها برای شرایط عملیاتی واقعی فراهم می‌کند.

مدل‌سازی با COMSOL Multiphysics به معنای توانایی حرکت بین شبیه‌سازی الکترومغناطیسی، مکانیک ساختاری، آکوستیک، جریان سیال، انتقال حرارت، و پدیده‌های واکنش شیمیایی در یک محیط نرم‌افزاری است. شما همچنین می توانید پدیده های فیزیک را از این مناطق در یک مدل واحد ترکیب کنید. Model Builder در COMSOL Multiphysics یک محیط شبیه‌سازی کامل و یک گردش کار مدل‌سازی ثابت از ابتدا تا انتها را بدون توجه به نوع طراحی یا فرآیندی که می‌خواهید تحلیل و توسعه دهید، در اختیار شما قرار می‌دهد.

گردش کار مدلسازی کامسول شامل موارد زیر می شود:

1. هندسه و CAD
2. مدل سازی مبتنی بر فیزیک
3. مدل سازی مبتنی بر معادلات
4. مش بندی
5. مطالعات و بهینه سازی
6. حل کننده ها
7. تجسم و ارزیابی نتایج
8. مدل ها و شبیه سازی ها را با مدیر مدل مدیریت کنید

مدیر مدل با ارائه ابزارهایی برای مدیریت مدل‌ها و برنامه‌ها، کار مدل‌سازی و شبیه‌سازی را ساده و ساده می‌کند. این شامل مدیریت مدل و راه‌هایی برای همکاری و سازماندهی متمرکز مدل‌ها با کنترل نسخه است که به‌طور سیستماتیک تغییرات و به‌روزرسانی‌های مدل‌ها را ردیابی می‌کند. مدیر مدل مستقیماً از رابط کاربری COMSOL Multiphysics® قابل دسترسی است و به شما امکان می دهد از یک پایگاه داده محلی استفاده کنید یا به یک پایگاه داده سرور راه دور متصل شوید.

گزینه‌هایی برای ذخیره‌سازی مؤثر مدل‌ها و برنامه‌ها، تنها با داده‌های مرتبط پیش‌نویس‌ها و ویرایش‌ها، و همچنین داده‌های کمکی مانند CAD، مش و داده‌های آزمایشی وجود دارد. یافتن مدل‌ها و برنامه‌ها در مدیر مدل با برچسب‌های تعریف‌شده توسط کاربر برای سازمان‌دهی فایل‌ها و امکان جستجوی ویژگی‌ها یا پارامترهای خاص کمک می‌کند. شما می توانید دسترسی به مدل ها را با گروه های کاربری و مجوزها کنترل کنید.

در بسیاری از سازمان‌ها، گروه کوچکی از کارشناسان شبیه‌سازی عددی به گروه بزرگ‌تری از افرادی که در توسعه محصول، تولید، یا به عنوان دانشجویانی که در حال مطالعه پدیده‌ها و فرآیندهای فیزیک هستند، خدمات می‌دهند. برای اینکه این گروه کوچک بتوانند به گروه بسیار بزرگتری خدمات ارائه دهند، نرم افزار COMSOL Multiphysics® دارای قابلیت هایی برای ساخت برنامه های شبیه سازی است. Application Builder در COMSOL Multiphysics گنجانده شده است و به متخصصان شبیه سازی و تجهیزات ثابت اجازه می دهد تا رابط های کاربری بصری و بسیار خاصی را برای مدل های محاسباتی عمومی خود ایجاد کنند – برنامه های سفارشی آماده برای استفاده.

برنامه ها را می توان از طریق COMSOL Multiphysics آزمایش و اجرا کرد و با افزودن محصولات COMSOL Server™ یا COMSOL Compiler™ به کار گرفته شد. هر دو محصول به شما این امکان را می دهند که برنامه های تکمیل شده خود را با تیم های طراحی، بخش های تولید، اپراتورهای فرآیند، آزمایشگاه های آزمایش، مشتریان و مشتریان در سراسر جهان به اشتراک بگذارید.

Aspen HYSYS

Aspen HYSYS (به اختصار HYSYS، پورتمانتو از Hyprotech and Systems) یکی از برترین شبیه سازهای فرآیند شیمیایی در بازار (یا حداقل در دنیای مهندسی شیمی) است. HYSYS به دلیل شبیه‌سازی حالت پایدار و پویا، طراحی فرآیند، مدل‌سازی عملکرد و بهینه‌سازی، به طور گسترده در صنعت استفاده می‌شود. HYSYS نرم افزاری است که به کاربر امکان می دهد یک مدل فرآیند بسازد و سپس با استفاده از محاسبات پیچیده (مدل ها، معادلات، محاسبات ریاضی، رگرسیون و غیره) آن را شبیه سازی کند.

این نرم افزار با بهینه سازی کل سایت در یک محیط با استفاده از دقت شبیه سازی تایید شده توسط صنعت و جریان های کاری صرفه جویی در زمان، ایمنی، توان عملیاتی و سود را به حداکثر می رساند. با توجه به طراحی فرآیند و انتخاب مناسب مدل‌های ترمودینامیکی، HYSYS از مدل‌های ریاضی برای پیش‌بینی عملکرد فرآیند استفاده می‌کند. مهندسان معمولاً این را با استفاده از نرم افزار به منظور بهینه سازی طراحی و بهبود طرح های موجود شبیه سازی می کنند. این مدل سازی دقیق خواص ترمودینامیکی به ویژه در جداسازی مخلوط های غیر ایده آل مهم است. یکی از بهترین مزیت ها این است که HYSYS قبلاً یک پایگاه داده موجود از گونه ها و پارامترهای رگرسیون خالص/دودویی آنها را دارد.

همچنین می تواند فرآیندهای بسیار پیچیده ای را انجام دهد، مانند:

1. عملیات واحد اختصاصی برای صنعت پالایشگاه (کراکر، کوکر، ریفورمر، واحد FCC و غیره)
2. سیستم های جداسازی چند ستونی
3. راکتورهای شیمیایی
4. شبیه سازی نفت خام نفتی (بر اساس خواص آنها)
5. بازیافت پیچیده – دور زدن جریان در فرآیندها

نکات مهم در این رابطه وجود یک مهندس فرآیند خوب دوره ابزار دقیق است که کاربر از طریق فلو شیت جدید یا قالب های موجود عملکرد آن را شبیه سازی و بهبود می بخشد.زیرا برنامه های کاربردی واقعی باید در حین استفاده از نرم افزار استفاده شوند

تاریخچه AspenTech

Aspen HYSYS (و همچنین Aspen Plus) در واقع محصولی از شرکت آمریکایی Aspen Technologies (AspenTech) است.  AspenTech در سال 1981 تاسیس شد. این یک پروژه تحقیقاتی مشترک بین موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و وزارت انرژی ایالات متحده – یک پروژه سیستم پیشرفته برای مهندسی فرآیند (ASPEN) متولد شد. در 15 ژوئیه 2004، AspenTech توسط کمیسیون تجارت فدرال ملزم شد تا در رابطه با یک حکم ضد تراست علیه خرید HyproTech (آنها روی HYSYS کار می کردند) واگذاری کند. این شامل واگذاری سیستم های شبیه سازی دسته ای و پیوسته و تجارت نرم افزار مهندسی یکپارچه (AXSYS) بود.

از آن زمان، AspenTech محصولات زیادی در شاخه های زیر ایجاد کرده است:

1. شبیه سازی فرآیند برای انرژی
2. شبیه سازی فرآیند برای مواد شیمیایی
3. کنترل فرآیند پیشرفته
4. سیستم های اجرایی ساخت
5. زنجیره تامین نفت
6. مدیریت زنجیره تامین

از جمله فرآیندهایی که با استفاده از این نرم افزار شبیه سازی می شود می توان به موارد زیر اشاره کرد: 

1. تبادلات حرارتی
2. راکتورها
3. تعویض فشار (شیرآلات، پمپ ها، کمپرسورها و غیره)
4. ستون های تقطیر
5. ستون های جذبی
6. استخراج کننده ها
7. سیستم های فلش
8. جداکننده و میکسر
9. ترک خوردگی کاتالیستی سیال
10. آلکیلاسیون H2SO4
11. واحد ایزومریزاسیون
12. هیدروتراتر نفتا
13. اصلاح کننده کاتالیزوری
14. واحدهای بازیابی گوگرد
15. برج وکیوم رزید

قابلیت های نرم افزار

اپتیماز و بهینه سازی پارامترها: متغیر مورد نیاز را در مقابل سایر محدودیت‌ها به حداقل می‌رساند یا حداکثر می‌کند (به عنوان مثال افزایش سود در مقابل دمای خنک‌کننده چیلر در حالی که حداقل نیاز ترکیب محصول را در نظر می‌گیرد) مطالعات موردی (معادل تحلیل حساسیت): “حساسیت” یک متغیر معین را در برابر متغیر دیگر تأیید می کند. می توان آن را توسط کاربر تعریف کرد و برای تأیید ترسیم کرد. از عمده مزایای این نرم افزار می توان به موارد زیر اشاره کرد:

1. حالت مدولار متوالی در مقابل معادله گرا
2. حالت پویا برای تجزیه و تحلیل فرآیند راحت
3. کپی/پیست کردن/برش/حذف: این کار کار با فلو شیت را آسان‌تر می‌کند و بسیار بصری است.
4. تجزیه و تحلیل کاهش فشار
5. حالت حل: فعال در مقابل «در انتظار»

کاربردها و موارد استفاده از نرم افزار

رایج ترین صنایعی که از این نرم افزار استفاده میکنند عبارتند از:

1. نفت و گاز (بالا دست و پایین دست)
2. پتروشیمی ها
3. صنایع شیمیایی
4. پلیمرها
5. داروسازی
6. نقاشی و پوشش
7. غذا و نوشیدنی

نرم افزار Ansys

Ansys در سال 1970 تاسیس شد و در سال 1994 ثبت شد. Ansys عمدتا نرم افزارهای شبیه سازی مهندسی و خدمات جانبی را ارائه می دهد. راه حل های ارائه شده توسط این شرکت در طیف گسترده ای از صنایع از جمله هوافضا، دفاع، خودروسازی، زیست پزشکی و سایر بخش های صنعتی استفاده می شود. Ansys توسط نشریات معتبری مانند Bloomberg Businessweek و مجله FORTUNE به دلیل نرم افزار شبیه سازی مهندسی خود به عنوان یکی از نوآورترین شرکت های جهان شناخته شده است. با استفاده از قدرت دسکتاپ امروزی، Ansys یک پلت فرم مشترک برای توسعه محصول، از مفهوم طراحی گرفته تا آزمایش و اعتبارسنجی مرحله نهایی، فراهم می کند. سبد محصولات این شرکت شامل پلتفرم‌های شبیه‌سازی است که در زمینه‌های مختلف چند فیزیک مانند انتقال حرارت، مکانیک سیالات، استاتیک، مکانیک جامدات و غیره استفاده می‌شود. به عنوان یک ابزار مدل سازی و شبیه سازی در طول سال ها (و به ویژه از زمان معرفی کامپیوترهای قدرتمند) در حل طیفی از مسائل پیچیده مهندسی. نرم‌افزار Ansys CAE به دلیل قابلیت‌های چند فیزیک، مستندات کامل و در دسترس بودن موسسات آموزشی که دوره‌های Ansys آنلاین و حضوری را ارائه می‌دهند، در بین دانشگاه‌ها و صنعت محبوب است. از آنجایی که توانایی استفاده از نرم‌افزار Ansys یک امتیاز مثبت است، دانش‌آموزان نیز ترجیح می‌دهند در آموزش Ansys گواهینامه دریافت کنند.

پایه اصلی Ansys میز کار Ansys است. محیط Ansys Workbench چسبی است که فرآیند شبیه سازی را متصل می کند. وابستگی ها را در میان انواع مختلف داده در پروژه ردیابی می کند. اگر چیزی در یک سلول بالادست تغییر کند، طرح شماتیک پروژه نشان می‌دهد که سلول‌های پایین‌دست باید به‌روزرسانی شوند تا این تغییرات را منعکس کنند.

حل مشکلات مهندسی اساساً شامل سه بخش اصلی است: ایجاد یک مدل، حل مسئله و تجزیه و تحلیل نتایج. Ansys نیز مانند بسیاری از برنامه‌های FEA به سه بخش اصلی تقسیم می‌شود که به نام‌های پیش‌پردازنده، پردازشگر راه‌حل و پس‌پردازنده نامیده می‌شوند. پیش پردازشگر Ansys به کاربران اجازه می دهد هندسه بسازند، مواد را تعریف کنند و مش المان را تولید کنند. پردازنده Ansys به کاربران این امکان را می دهد تا با اعمال بار و به دست آوردن راه حل، مشکلات را حل کنند. پس پردازشگر Ansys امکان تجسم و فهرست بندی نتایج را به صورت جدولی یا چاپی می دهد.

Ansys مجموعه نرم‌افزاری جامعی را ارائه می‌کند که طیف وسیعی از فیزیک را در بر می‌گیرد و تقریباً به هر زمینه‌ای از شبیه‌سازی مهندسی که یک فرآیند طراحی نیاز دارد، دسترسی دارد. سازمان‌ها در سراسر جهان به Ansys برای ارائه بهترین ارزش برای سرمایه‌گذاری نرم‌افزار شبیه‌سازی مهندسی خود اعتماد دارند.

طراحی سه بعدی : با نرم افزار طراحی سه بعدی Ansys Discovery به سرعت ایده ها را کاوش کنید، تکرار کنید و نوآوری کنید. با استفاده از ابزارهای آسان، می توانید محصولات سبک تر و هوشمندتر بسازید و بهینه کنید.

الکترونیک: نرم افزار Ansys می تواند به طور منحصر به فرد عملکرد الکترومغناطیسی را در طراحی اجزا، مدار و سیستم شبیه سازی کند و می تواند دما، ارتعاش و سایر اثرات مکانیکی حیاتی را ارزیابی کند.

نرم افزار تعبیه شده: Ansys یک محیط توسعه و شبیه‌سازی نرم‌افزار تعبیه‌شده مبتنی بر مدل را با یک تولیدکننده کد خودکار داخلی برای تسریع پروژه‌های توسعه نرم‌افزار تعبیه‌شده ارائه می‌کند.

مایعات:Ansys CFD فراتر از نتایج کیفی است تا پیش‌بینی‌های کمی دقیق از فعل و انفعالات و مبادلات سیال ارائه دهد.

مواد: نرم افزار Ansys اطلاعات دقیق، منسجم و قابل ردیابی را هر بار تضمین می کند و ابزارهای مورد نیاز برای پشتیبانی از طراحی، تحقیق و آموزش را فراهم می کند.

نوری: نرم افزار شبیه سازی نوری Ansys به طور منحصر به فرد عملکرد نوری یک سیستم را شبیه سازی می کند و اثر روشنایی نهایی را ارزیابی می کند.

سکو: پلت فرم شبیه سازی Ansys گسترده ترین مجموعه از بهترین فناوری شبیه سازی در کلاس را ارائه می دهد و آن را با برنامه های کاربردی سفارشی، نرم افزار CAD و ابزارهای فرآیند کسب و کار سازمانی مانند PLM یکپارچه می کند.

نیمه هادی ها: Ansys مشتریان را با شبیه‌سازی‌های چند فیزیک برای حل همزمان چالش‌های انرژی، حرارتی، تغییرپذیری، زمان‌بندی، الکترومغناطیسی و قابلیت اطمینان در سراسر طیف تراشه، بسته و سیستم برای ارتقای موفقیت سیلیکون و سیستم برای اولین بار توانمند می‌سازد.

با حل‌کننده‌های تحلیل المان محدود (FEA) موجود در مجموعه، می‌توانید راه‌حل‌ها را برای مسائل مکانیک سازه خود سفارشی و خودکار کنید و آن‌ها را برای تجزیه و تحلیل سناریوهای طراحی چندگانه، پارامتر کنید. همانطور که پیچیدگی محصول افزایش می یابد، چالش ادغام اجزای منفرد در یک سیستم برای اطمینان از کارکرد آنها همانطور که انتظار می رود با یکدیگر افزایش می یابد.

Ansys در هر جا که از FEA استفاده می شود استفاده می شود و موارد استفاده شامل تجزیه و تحلیل سازه، کاربردهای صنعتی، ابزارآلات و مهندسی خودرو و هوافضا می باشد. از آنجایی که این ابزاری است که بر برنامه های کاربردی FEA تمرکز دارد و در سال های گذشته این کار را انجام داده است، یک ابزار بسیار قدرتمند با عملکرد بسیار زیاد است. یادگیری آن به تنهایی کار آسانی نیست. چند مؤسسه آموزشی معتبر Ansys در هند وجود دارد. DesignTech CAD Academy یکی از آنهاست.

نرم افزار TRNSYS

TRNSYS یک محیط نرم افزاری مبتنی بر گرافیک بسیار انعطاف پذیر است که برای شبیه سازی رفتار سیستم های گذرا استفاده می شود. در حالی که اکثریت قریب به اتفاق شبیه‌سازی‌ها بر ارزیابی عملکرد سیستم‌های انرژی حرارتی و الکتریکی متمرکز شده‌اند، TRNSYS می‌تواند به خوبی برای مدل‌سازی سایر سیستم‌های پویا مانند جریان ترافیک یا فرآیندهای بیولوژیکی استفاده شود.

TRNSYS از دو بخش تشکیل شده است. اولی یک موتور (به نام هسته) است که فایل ورودی را می خواند و پردازش می کند، سیستم را به طور مکرر حل می کند، همگرایی را تعیین می کند و متغیرهای سیستم را رسم می کند. هسته همچنین ابزارهایی را ارائه می دهد که (در میان چیزهای دیگر) خواص ترموفیزیکی را تعیین می کند، ماتریس ها را معکوس می کند، رگرسیون های خطی را انجام می دهد و فایل های داده خارجی را درون یابی می کند. بخش دوم TRNSYS یک کتابخانه گسترده از اجزا است که هر یک از آنها عملکرد یک قسمت از سیستم را مدل می کند. کتابخانه استاندارد شامل تقریباً 150 مدل از پمپ‌ها تا ساختمان‌های چند منطقه‌ای، توربین‌های بادی تا الکترولایزرها، پردازشگرهای داده‌های آب و هوا تا روال‌های اقتصادی، و تجهیزات اولیه HVAC تا فناوری‌های نوظهور است. مدل ها به گونه ای ساخته شده اند که کاربران می توانند اجزای موجود را تغییر دهند یا خود را بنویسند و قابلیت های محیط را گسترش دهند. پس از 35 سال در دسترس بودن تجاری، TRNSYS همچنان یک بسته نرم افزاری منعطف و مبتنی بر مؤلفه است که نیازهای در حال تغییر هم محققان و هم متخصصان در جامعه شبیه سازی انرژی را برآورده می کند.

موارد کاربرد نرم افزار TRNSYS

TRNSYS یک برنامه شبیه‌سازی است که عمدتاً در زمینه‌های مهندسی انرژی‌های تجدیدپذیر و شبیه‌سازی ساختمان برای طراحی غیرفعال و همچنین فعال خورشیدی استفاده می‌شود. TRNSYS یک بسته نرم افزاری تجاری است که در دانشگاه ویسکانسین توسعه یافته است. یکی از کاربردهای اصلی آن انجام شبیه‌سازی دینامیکی رفتار یک سیستم آب گرم خورشیدی برای یک سال معمولی هواشناسی بود تا بتوان صرفه‌جویی در هزینه‌های بلندمدت چنین سیستمی را مشخص کرد.

TRNSYS به طور گسترده برای شبیه سازی کاربردهای انرژی خورشیدی، ساختمان های معمولی و حتی فرآیندهای بیولوژیکی استفاده شده است. اینها شامل تجزیه و تحلیل عملکرد نمونه اولیه سیستم حرارتی خورشیدی بهینه سازی عملکرد یک سیستم حرارتی خورشیدی تجزیه و تحلیل عملکرد حرارتی ساختمان ها است TRNSYS عمدتا توسط مهندسان، معماران و مشاوران انرژی برای طراحی و بهینه سازی سیستم های انرژی (تمرکز بر انرژی های تجدید پذیر و سیستم های کارآمد در حال ظهور) و برای طراحی ساختمان های کم مصرف استفاده می شود.

TRNSYS برای تجزیه و تحلیل دقیق هر سیستمی که رفتار آن به مرور زمان بستگی دارد، مناسب است. TRNSYS به نرم افزار مرجع برای محققان و مهندسان در سراسر جهان تبدیل شده است. کاربردهای اصلی عبارتند از: سیستم های خورشیدی (سیستم های حرارتی خورشیدی و فتوولتائیک)، ساختمان های کم انرژی و سیستم های HVAC، سیستم های انرژی تجدیدپذیر، تولید

TRNSYS یک ساختار ماژولار باز با کد منبع باز است که تمام بخش های یک سیستم انرژی به جز بخش حمل و نقل را شبیه سازی می کند. مدل TRNSYS عملکرد کل سیستم انرژی را با تجزیه آن به اجزای مجزا شبیه‌سازی می‌کند و در درجه اول برای تجزیه و تحلیل سیستم‌های انرژی تک پروژه، محلی، اجتماعی یا جزیره‌ای استفاده می‌شود. برای ایجاد یک مدل، کاربر نهایی می‌تواند اجزای سفارشی ایجاد کند یا از کتابخانه استاندارد TRNSYS مؤلفه‌ها را انتخاب کند. به طور کلی TRNSYS می تواند تمام تولیدات حرارتی و تجدیدپذیر به جز انرژی هسته ای، موجی، جزر و مدی و آبی را شبیه سازی کند. همچنین، تنها ذخیره انرژی الکتریکی در نظر گرفته شده توسط مدل BES است. سیستم‌های هیدروژنی با مدل رسمی مستقل، که بر انرژی‌های تجدیدپذیر و سیستم‌های هیدروژن تمرکز دارد و اکنون بخشی از مدل TRNSYS است، با جزئیات شبیه‌سازی شده‌اند. با این حال، هیچ فناوری حمل و نقل توسط TRNSYS شبیه سازی نشده است. این مدل از یک گام زمانی تعریف شده توسط کاربر استفاده می کند که از 0.01 ثانیه تا 1 ساعت متغیر است و می تواند یک افق زمانی چند ساله را تحلیل کند. همچنین، TRNSYS افزودن مدل‌های ریاضی، اجزای افزودنی موجود و امکان ارتباط با سایر برنامه‌های شبیه‌سازی را در صورت لزوم تسهیل می‌کند.

قابلیت های TRNSYS

فایل ورودی TRNSYS، شامل توضیحات ورودی ساختمان، ویژگی های اجزای سیستم، نحوه اتصال اجزاء به یکدیگر، و داده های آب و هوای مجزا (همراه با برنامه) همگی فایل های ASCII هستند. تمام فایل های ورودی را می توان با یک رابط کاربری گرافیکی به نام Simulation Studio تولید کرد. پاکت ساختمان TRNSYS اکنون می تواند به صورت سه بعدی در افزونه TRNSYS3D برای Google SketchUp™ ایجاد شود و در رابط TRNBuild ویرایش شود.

فرمت اصلی خروجی اسکی است. داده های موجود در آن فایل ها می تواند هزینه های چرخه عمر باشد. خلاصه ماهانه؛ نتایج سالانه؛ هیستوگرام ها رسم متغیرهای مورد نظر (بر اساس واحد زمان). همچنین این امکان وجود دارد که متغیرها به صورت آنلاین (همچنان که شبیه سازی پیشرفت می کند) تاپلوت کند.

هسته و کتابخانه های اجزاء

TRNSYS شامل کتابخانه‌های استاندارد با بسیاری از مؤلفه‌هایی است که معمولاً در سیستم‌های انرژی ساختمان یافت می‌شوند و همچنین روتین‌هایی برای رسیدگی به داده‌های آب و هوا، پردازش تابش خورشیدی، تجهیزات پایه HVAC، سلول‌های سوختی هیدروژنی، فناوری‌های حرارتی و الکتریکی خورشیدی، ذخیره‌سازی حرارتی، اتصال به سایر ابزارهای شبیه‌سازی. و پردازش نتایج شبیه سازی اگرچه TRNSYS شامل کتابخانه استاندارد برای اکثر سیستم‌های انرژی رایج است، اما شامل روشی برای افزودن ماژول‌های جدید است که به کاربران اجازه می‌دهد به راحتی اجزای جدیدی را برای فناوری‌هایی که تحت پوشش نیستند، تغییر دهند یا ایجاد کنند.

موتور و رابط: در قلب خود، TRNSYS یک حل کننده معادلات جبری و دیفرانسیل قوی است که قادر به خواندن و پردازش یک فایل ورودی مبتنی بر متن است. در بالای این موتور راه حل، یک کتابخانه چشمگیر از اجزای چیده شده است که همه چیز را از پمپ های ساده گرفته تا ساختمان های چند منطقه ای دقیق را مدل می کند. به طور خلاصه مولفه هر چیزی است که خروجی های آن را می توان به صورت تابع ریاضی ورودی ها (مقادیر وابسته به زمان) و پارامترها (مقادیر مستقل از زمان) نشان داد. TRNSYS همچنین دارای یک قسمت جلویی گرافیکی قدرتمند است که کار کاربر را برای مونتاژ یک شبیه‌سازی دقیق سیستم از اجزای سازنده به یک تلاش ساده تبدیل می‌کند – ماهیتی شبیه به اتصال لوله‌ها و سیم‌ها در یک سیستم واقعی.

نتایج آنلاین: TRNSYS علاوه بر انعطاف پذیری، ابزاری بسیار شفاف نیز می باشد. کاربران می توانند مقدار هر متغیر سیستمی را در یک نمودار آنلاین با پیشرفت شبیه سازی (هر دما، سرعت جریان، انتقال حرارت و غیره) مشاهده کنند. دستگاه‌های خروجی همچنین به کاربر امکان انعطاف‌پذیری زیادی در یکپارچه‌سازی، چاپ و گزارش دادن همه متغیرهای مؤلفه می‌دهند.

اجزاء: از آنجایی که ساختار همه اجزاء یکسان است و از آنجا که TRNSYS با کد منبع آن توزیع می شود، کاربران می توانند و اغلب می توانند مدل های خود را توسعه دهند و قابلیت های برنامه را متناسب با نیازهای خود گسترش دهند. ما در تلاش‌های مشاوره‌ای خود از این ویژگی استفاده زیادی کرده‌ایم و بیش از 500 مؤلفه را نوشته‌ایم که بسیاری از آنها پاکسازی شده‌اند، کاملاً مستند شده‌اند و در مجموعه‌ای از 13 کتابخانه مؤلفه برای TRNSYS توزیع شده‌اند.

TRNSED: TRNSYS، در حالی که یک ابزار شبیه سازی بسیار پیچیده و گسترده است، مجهز به ویژگی است که به کاربران اجازه می دهد تا رابط های گرافیکی سفارشی شده برای برنامه های کاربردی خاص توسعه دهند. با استفاده از این ویژگی TRNSED، کاربر TRNSYS می تواند یک صفحه وب مانند رابط ایجاد کند که به کاربران غیر TRNSYS اجازه می دهد تا پارامترهای سیستم را تغییر دهند، شبیه سازی ها را اجرا کنند و خروجی را بدون نیاز به یادگیری پیچیدگی های برنامه TRNSYS انجام دهند.

منابع:

http://www.tess-inc.com/trnsys/trnsys.html

https://aiguasol.coop/energy-software/trnsys-18-energy-system-simulation/

https://www.energyplan.eu/othertools/local/trnsys/

https://www.designtechcadacademy.com/knowledge-base/ansys-software

https://energy-models.com/software/trnsys

https://www.comsol.com/comsol-multiphysics

https://www.trnsys.com/

https://www.chemicalengineeringguy.com/the-blog/process-simulation/what-is-aspen-hysys/

https://www.bems.uliege.be/cms/c_5927043/en/trnsys-presentation