در راستای ادامه مطالب ارائه شده در این وب سایت، در زمینه‌ی آموزش انسیس فلوئنت و تسریع در انجام پروژه با انسیس فلوئنت، در این مطلب تصمیم داریم مراحل گام به گام حل مسئله‌ی CFD را با استفاده از این نرم افزار کاربردی مورد بحث قرار دهیم.
گام‌های اولیه برای تحلیل یک مسئله‌ی دینامیک سیالات محاسباتی CFD با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت FLuent
در ابتدا به منظور حل مسئله‌ی CFD شما باید خصوصیات و ویژگی‌های مهم مسئله‌ای که تصمیم به حل آن را دارید تعیین کرده باشید. برای تحقیق این موضوع، مراحل اساسی زیر را دنبال کنید:
- تعریف اهداف مدلسازی و شبیه سازی Define the modeling goals
- تولید مدل هندسی و شبکه (مش) Create the model geometry and mesh
- تنظیم حلگر و مدل‌های فیزیکی Set up the solver and physical models
- محاسبه و به نمایش‌درآوردن حل Compute and monitor the solution
- آزمودن (بررسی کردن) و ذخیره‌ی نتایج Examine and save the results
- بازنگری و اصلاح در پارامترهای مدل فیزیکی یا حل عددی در صورت نیاز
Consider revisions to the numerical or physical model parameters, if necessary
گام دوم برای فرآیند حل یک مسئله‌ی CFD مربوط به مدلسازی هندسی و تولید شبکه است. در این مرحله شما می توانید از دیزاین مدلر DesignModeler و Meshing میزکار انسیس ANSYS Workbench به منظور تولید هندسه و شبکه (مش) استفاده کنید؛ همچنین می‌توانید از نرم افزارهای موجود دیگری به منظور تولید هندسه و شبکه استفاده کنید. هنگام شبکه بندی مدل‌های سه بعدی می‌توانید از محیط مشینگ خود نرم افزار فلوئنت با عنوان Fluent Meshing استفاده کنید. علاوه براین شما می‌توانید از پکیج‌های پشتیبانی شده توسط نرم افزارهای CAD به منظور تولید شبکه‌ی حجمی به منظور وارد کردن آن Import به نرم افزار فلوئنت استفاده کنید.
تحلیل‌های دینامیک سیالات محاسباتی CFD خود را نظم و ترتیب ببخشید
در هر گام از حل مسئله‌ی CFD، سوال‌هایی وجود دارند که باید در نظر گرفته شوند:
تعریف اهداف مدلسازی و شبیه سازی
-
- به دنبال چه نتایجی هستید؟
- چه انتخاب‌هایی برای مدلسازی وجود دارد؟
- از چه مدل‌های فیزیکی به منظور تحلیل مسئله باید استفاده کرد؟
- چه فرضیات ساده کننده‌ای را باید درنظر بگیرید؟
- از چه فرضیات ساده کننده‌ای می‌توانید استفاده کنید؟
- آیا به مدلسازی منحصر به فردی (شرایط مرزی یا فیزیکی خاص) نیاز دارید؟
- آیا می‌توانید از توابع تعریف شده توسط کاربر UDF که به زبان سی C نوشته شده است، استفاده کنید؟
- چه درجه‌ای از دقت نیاز است؟
- در چه فاصله‌ی زمانی (یا با چه سرعتی) به نتایج نیاز دارید؟
- چطور می‌توانید بخشی از یک سیستم فیزیکی کامل را ایزوله (جدا) کنید؟
- دامنه‌ی محاسباتی شما از کجا شروع و به کجا ختم می‌شود؟
- آیا اطلاعات مربوط به شرایط مرزی در ناحیه‌ی محاسباتی را دارید؟
- آیا می‌توان اطلاعات مسئله را با شرایط مرزی موجود تطبیق داد؟
- آیا می توان دامنه‌ی ناحیه‌ی محاسباتی را به نقطه‌ای که در آن داده های منطقی وجود داشته باشد، گسترس داد؟
- آیا می‌توان مسئله را به صورت دوبعدی و در حالت تقارن صفحه‌ای یا محوری ساده سازی کرد؟
- به دنبال چه نتایجی هستید؟
تولید هندسی و شبکه
انسیس فلوئنت به منظور کاهش زمان مصرفی شما در تولید شبکه، ساده سازی مدلسازی هندسی و فرآیندهای تولید شبکه، از شبکه‌های بی سازمان استفاده می‌کند تا امکان مدلسازی هندسی‌های پیچیده‌تر میسر شود و در عین حال از ویژگی تطبیق شبکه Adapt Mesh به منظور حل میدان جریان بهره می‌گیرد. انسیس فلوئنت همچنین می‌تواند از جنس بدنه و شبکه‌های بلوک بندی شده‌ی سازمان یافته استفاده کند. انسیس فلوئنت قادر به اجرای المان‌های مثلثی و چهارضلعی است (یا ترکیب هر دو) در حالت دوبعدی و چهاروجهی، شش وجهی، هرمی، گوه‌ای و لانه زنبوری (یا ترکیب هر دو) در حالت سه بعدی است. این انعطاف پذیری شما را قادر می‌سازد تا به منظور انجام پروژه با انسیس فلوئنت شبکه‌ی متناسب با ساختار و توپولوژی مناسب کاربرد مورد نظر را انتخاب کنید.
سوال‌های زیر باید هنگام تولید شبکه درنظر گرفته شوند:
- آیا برای من سودمند است که از سایر تولیدات شرکت انسیس مانند CFX و Icepak استفاده کنم؟
- آیا می‌توانم از شبکه‌ی چهارضلعی/ شش وجهی استفاده کنم یا باید از شبکه‌ی مثلثی/ چهاروجهی یا شبکه‌ی ترکیبی استفاده کرد؟
- هندسه و جریان چقدر پیچیده هستند؟
- آیا نیاز به تولید سطح مشترک interface به منظور تولید شبکه‌ی غیرسازگار non-conformal دارم؟
- چه دقتی از شبکه برای هر ناحیه‌ی فضای محاسباتی نیاز هست؟
- آیا این دقت برای هندسه‌ی مورد نظر مؤثر است؟
- آیا می‌توانم نواحی‌ای که دارای گرادیان‌های بالا هستند پیش بینی کنم؟
- آیا می‌توانم از قابلیت تطبیق به منظور افزایش دقت شبکه استفاده کنم؟
- آیا حافظه‌ی موقت کامپیوتر من Memory برای این تعداد شبکه مناسب است؟
- چه تعداد سلول مورد نیاز هست؟
- از چه تعداد مدل استفاده خواهد شد؟
تنظیمات حلگر و مدل‌های فیزیکی
برای حل مسئله‌ی CFD داده شده شما نیاز دارید به:
- وارد کردن و بررسی شبکه
- انتخاب حلگر عددی (برای مثال فشار مبنا، چگالی مبنا، پایا یا گذرا)
- انتخاب مدل‌های فیزیکی مناسب
- آشفتگی، احتراق، چندفازی و غیره
- تعریف خواص مواد
- سیال
- جامد
- مخلوط
- توصیف شرایط کاری
- توصیف شرایط مرزی در همه‌ی نواحی مرزی
- آماده سازی حل اولیه
- تنظیم کنترلگرهای حل
- تنظیم نمایش همگرایی
- مقداردهی اولیه به میدان جریان
محاسبه و نمایش حل
- معادلات بقای گسسته سازی شده به صورت تکراری حل می‌شوند.
- تعداد تکرارهایی نیاز هست که همگرایی در حل حاصل شود.
- همگرایی Convergence هنگامی اتفاق می‌افتد که:
- تغییرات متغیرهای حل از یک تکرار به تکرار بعد ناچیز باشد
- باقیمانده‌ها مکانیزمی را به منظور کمک به این الگو (همگرایی) فراهم کند
- معادلات بقا ارضا شوند
دقت همگرایی حل به موارد زیر وابسته است:
- مناسب بودن و دقت مدل‌های فیزیکی
- دقت شبکه و استقلال از شبکه
- تنظیمات مسئله
بررسی و ذخیره‌ی نتایج
بررسی نتایج به منظور مشاهده‌ی مجدد حل و استخراج داده‌های مفید
- ابزارهای بصری به منظور پاسخ به سوال‌هایی از قبیل:
- الگوی کلی جریان چیست؟
- آیا جدایش اتفاق افتاده است؟
- در کدام قسمت‌ها شاک، لایه‌ی برشی و غیره داریم؟
- آیا خصوصیات‌های کلیدی جریان حل شده است؟
به کار گرفته شوند.
ابزارهای گزارش عددی می‌تواند به منظور محاسبه‌ی کمیت‌های زیر مورد استفاده قرار گیرد:
- نیروها و مومنتوم
- متوسط ضرایب انتقال حرارت
- کمیت‌های انتگرال گیری شده از سطح و حجم
- توازن شار
اصلاح مدل
اولین باری که حل همگرا شد، سوال‌های زیر باید به منظور تحلیل نتایج درنظر گرفته شوند:
- آیا مدل‌های فیزیکی مناسب است؟
- آیا جریان آشفته است؟
- آیا جریان ناپایا unsteady است؟
- آیا اثرات تراکم پذیری وجود دارد؟
- آیا اثرات سه بعدی وجود دارد؟
- آیا شرایط مرزی صحیح است؟
- آیا ناحیه‌ی محاسباتی به اندازه‌ی کافی بزرگ است؟
- آیا شرایط مرزی مناسب است؟
- آیا مقادیر مرزی منطقی و معقول است؟
- آیا شبکه به اندازه‌ی کافی است؟
- آیا می‌تواند شبکه به منظور بهبود نتایج مناسب تر انتخاب شود؟
- آیا با تغییر شبکه نتایج تغییر می‌کند و یا حل مستقل از شبکه است؟
- آیا دقت شبکه در نواحی مرزی نیازمند بهبود است؟
