شبکه بندی (مش بندی) در انسیس

چرا شبکه بندی در شبیه سازی مسائل سیالاتی از اهمیت بالایی برخوردار است؟

وقتی صحبت از فرآیند شبیه سازی در فلوئنت می­‌شود، شبکه بندی نقش مهمی را ایفا می­کند. شبکه‌ی با کیفیت بالا یکی از مهمترین عواملی است که باید برای اطمینان از دقت شبیه سازی در مورد توجه قرار بگیرد. تولید شبکه مناسب در انسیس وتوسط محیط های موجود در آن مانند ورکبنچ مشینگ (انسیس مشینگ)، ICEM، فلوئنت مشینگ و در نسخه‌های قدیمی‌تر گمبیت، نه تنها منجر به همگرایی بهتر می‌شود، بلکه دقت نتایج حاصل شده در فلوئنت را بهبود می‌بخشد و اهمیت یادگیری و آموزش شبکه بندی یا همان مش بندی در انسیس را دوچندان می‌کند.

شبکه بندی در انسیس چیست؟

شبکه بندی یا به زبان رایج مش بندی، فرآیندی است که طی آن هندسه‌ی یک جسم یکپارچه به هزاران زیرشکل که تمام هندسه را دربر می‌گیرد، گسسته سازی می‌شود. هرچه این شبکه بندی با جزئیات بیشتری ارائه شود، تحلیلِ مسئله دقیق‌­تر خواهد بود و امکان شبیه سازی با قابلیت اطمینان بالا را در نرم افزارهایی مثل فلوئنت، CFX، انسیس مکانیکال و غیره فراهم می­کند. شبکه بندی، که با اسم تولید مش نیز شناخته می‌شود، فرآیند تولیدِ یک شبکه دو و یا سه بعدی است.

چرا شبکه بندی مهم است؟

ایجاد مناسب­‌ترین مش، پایه شبیه سازی مهندسی در نرم افزار انسیس فلوئنت است. مش بر روی دقت، همگرایی و سرعت شبیه سازی تأثیر می­گذارد. اگر شکل مورد نظر بدون اعمال شبکه بندی وارد نرم افرار­های تحلیلی مانند فلوئنت شود، کامپیوتر قادر به شبیه سازی و انجام پردازش نخواهد بود؛ زیرا معادلات حاکم نمی­توانند بر روی مدل هندسیِ خام اعمال شوند. شبکه‌­های ایجاد شده اجازه می­دهند معادلات حاکم بر روی حجم‌­های قابل پیش بینی و تعریف شده، حل شوند. به طور معمول، معادلات حل شده در این مش ها معادلات با مشتقات جزئی هستند. با توجه به ماهیت تکراری بودن این محاسبات، دستیابی به راه حل برای این معادلات عملی نیست و بنابراین روش‌های محاسباتی مانند دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مورد استفاده قرار میگیرد.

برای آموزش کامل مفاهیم تولید شبکه در انسیس جهت حصول نتایج دقیق در فلوئنت، دوره‌‎‌ی آموزشی “هر آنچه در مورد شبکه بندی در انسیس باید بدانید“ در بخش فروشگاه آموزشی را پیشنهاد می‌کنیم.

انواع شبکه­‌

انواع متداول شبکه در مسائل دینامیک سیالات محاسباتی عبارت است از :

اهمیت تولید شبکه با کیفیت 

ایجاد شبکه‌ی با کیفیت بالا یکی از مهمترین عواملی است که باید برای اطمینان از دقت شبیه سازی در نرم افزار فلوئنت مورد توجه قرار بگیرد. توجه به این نکته مهم است که بین مش‌­های ایجاد شده برای دو مورد از رایج ترین موارد شبیه سازی – دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و تحلیل المان محدود (FEA) – تمایزات قابل توجهی وجود دارد. از آنجا که شبکه‌ی خوب اساس یک شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یا آنالیز المان محدود (FEA) است، مهم است که دقیقاً بدانیم که چرا اطمینان از صحت و کیفیت آن حیاتی است. یک سوال رایج این است: “اگر من یک مش با کیفیت می­خواهم، آیا نمی­توانم مش­‌ها را تا حد امکان ریز کنم ؟”

اگرچه اینکار باعث بهبود کیفیت شبکه می­شود، اما باید این نکته را در نظر گرفت که با ریز کردن مش­‌ها هزینه محاسباتی نیز به شدت افزایش پیدا می­کند. یک مش با کیفیت در واقع یک تعادل بین اندازه مش­‌ها و همچنین هزینه محاسباتی ایجاد می­کند.

یک شبکه‌ی بی­‌کیفیت نه تنها منجر به نتایج شبیه سازی نادرست می­شود؛ بلکه ممکن است باعث شود که حل کننده (مانند فلوئنت) به دلیل بی‌­ثباتی خطاهایی ایجاد کند. چنین بی‌­ثباتی­‌هایی معمولاً توسط سلول­‌های بی‌­کیفیت ایجاد می­شوند. این اتفاق چیزی است که شما تا می­توانید باید از آن دوری کنید.

در ادامه ما پنج روش را به شما معرفی می­کنیم که به وسیله آن‌­ها می­توانید مش­‌های بهتری ایجاد کنید و همچنین از صحت نتایج به دست آمده از شبیه سازی در فلوئنت اطمینان حاصل کنید:

۱) هندسه‌ی بدون درز و نقص

اطمینان از هندسه کاملاً مشخص، بدون نقص و کاملاً آب بندی شده اغلب تفاوت بین یک مش موفق با کیفیت بالا با یک مش ضعیف، بی کیفیت و پر از سلول است. هندسه ها باید جامد باشند و نباید از ویژگی های غیر عادی مانند فررفتگی یا برآمدگی­‌های تیز برخوردار باشند. هندسه‌ی بی‌­نقص حکم می­کند که هندسه بسته باشد (مربوط به مسائل ترسیمی) و عیوب هندسی نداشته باشد. ایجاد یک هندسه آب بندی شده به حل کننده این امکان را می­دهد تا بین حوزه‌­های مختلف جریان تفاوت قائل شود، این امر خصوصاً برای شبیه سازی جریان خارجی بسیار مهم است.

۲) تصمیم گیری برای اینکه سایز معمول و خوب شبکه چقدر باید باشد

به طور کلی، حفظ نسبت انحنای (Skewness ratio) سلول کلید دستیابی به دقت و کیفیت است. برای هندسه­‌های پیچیده، حفظ نسبت انحنای هر سلول ممکن است دشوار باشد، اگر که غیرممکن نباشد. موارد مختلف نسبت انحناهای متفاوتی را طلب می­کند، اما برای استفاده عمومی، اعوجاج شدید سلول­‌ها اغلب نشان دهنده این است که نسبت انحنای سلول بیش از حد بزرگ است و به اصلاحات بیشتر نیاز دارد. به شکل زیر توجه کنید: در حالی که این یک مش چهار ضلعی است، شما به راحتی می­توانید ببینید که کدام یک از کیفیت پایین­‌تری برخوردار است.

با استفاده از روش شبکه بندی سه ضلعی، اندازه کلی یک شبکه حفظ می­گردد و در نتیجه باعث می­شود نسبت انحنا کم باشد. این روش یک روش ساده اما در عین حال موثر برای افزایش دقت است. 

به عنوان مثال، اگر کاربر برای دامنه ۱۰ در ۱۰ در ۱۰ متر به اندازه سلول ۰٫۵ متر نیاز داشته باشد، کاربر باید طول هر دامنه را در نظر بگیرد، آن را بر روی اندازه سلول تقسیم کند و سپس نتایج را وارد عملیات مش کند. 

۳) افزایش کیفیت و دقت مش در مناطق مهم

این نکته به تعادل بین هزینه محاسباتی و کیفیت مش مربوط می­شود. فرض کنید که قصد داریم اندازه های سلول را در یک مقدار خاص حفظ کنیم، اما به دقت بیشتری در نزدیکی برخی قسمت­‌های بحرانی و مهم احتیاج داریم که اگر از طریق اندازه کلی سلول تنظیمات را انجام دهیم، شبیه سازی آن از نظر محاسباتی بسیار هزینه بر است؛ زیرا اینکار باعث می­شود نه تنها برای منطقه‌­ای که برای ما دارای اهمیت است؛ بلکه برای کل ناحیه محاسباتی یک مش ریز داشته باشیم. یک راه برای دور زدن این اتفاق تعیین کردن یک ناحیه در اطراف آن منطقه خاص می­باشد که مش ریزتری نسبت به سایر نواحی داشته باشد. این کار به طور موثر اندازه سلول را فقط در منطقه مورد نظر کاهش می­دهد اما هزینه محاسباتی را به طرز چشمگیری افزایش نمی­دهد.

این روش می­تواند برای افزایش بیشتر دقت شبیه سازی در فلوئنت استفاده شود. بیشترین کاربرد این روش در پیش بینی ناحیه ویک (Wake) و یا تولید گردابه است. 

۴) اصلاح لایه مرزی و وای پلاس (+Y)

اصلاح مش در نواحی لایه مرزی یک پارامتر مهم است که گاهی اوقات توسط کسانی که تازه شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی را آغاز کرده­ اند نادیده گرفته می­شود. اصلاح کردن مش در نواحی لایه مرزی باعث افزایش دقت در نزدیکی سطح داخلی یا خارجی هندسه میگردد و همچنین مقدار فاصله بدون بعد دیواره یا وای پلاس را برای مدل توربولاتسی انتخاب شده، حفظ می­کند تا دقت افزایش یابد. وای پلاس یک عامل کلیدی است که مستقیماً با مدل توربولانسی استفاده شده ارتباط دارد. به عنوان مثال، با استفاده از مدل k-w SST معمولاً وای پلاس باید کمتر از ۱ باشد تا مش تاثیر دیوار را در نظر بگیرد.

۵) مطالعه همگرایی شبکه یا استقلال از شبکه

نکته آخر مربوط به بهینه سازی و تعیین مش ایده آل برای شبیه سازی­ در فلوئنت است. مطالعه همگرایی مش یا همان استقلال از شبکه حکم می کند که حل انجام شده در فلوئنت با تغییر شبکه دستخوش تغییرات زیادی نمی‌شود. اختلاف نتایج بین دو حالت متوالی شبکه برای متغیر مورد نظر مثل عدد ناسلت، درگ و …  بین ۱ تا ۵ درصد مورد قبول خواهد بود.

هنگامی که نتایج در معیارهای مورد نیاز انحراف پیدا کردند، درشت­‌ترین شبکه تولید شده که هنوز در معیار قرار دارد، شبکه پایه فرض می‌شود و به این ترتیب، نتایج به‌دست‌آمده تا حد امکان برای شبکه داده‌شده دقیق هستند.

چگونه می‌توان از روش­‌های مختلف شبکه بندی و انواع المان­‌ها در یک فایل مش استفاده کرد؟

ایده تبدیل کردن یک هندسه به چندین المان کوچک (مش) برای بررسی قدرت روش‌­های مختلف شبکه بندی از سالیان دور شکل گرفته است. روند اتصال اتوماتیک شبکه‌های مختلف (چه یکنواخت باشد چه غیر یکنواخت) دارای مراحل مختلفی است که در دسترس کاربران می­باشد. روش­های گذشته، حتی هنگامی که خودکار بودند، در تنوع از نظر انواع المان محدود بودند. این امر باعث می­شد در مناطقی که فاصله بین مش‌­ها از یکدیگر زیاد بود مش­‌های یکنواخت و غیر یکنواخت به صورت همزمان روی هندسه اعمال شود.

شرکت انسیس با معرفی کردن مش موزاییکی در فلوئنت مشینگ، مفهوم “بهترین مش برای بهترین کار” را چندین مرتبه ارتقا داد. فناوری شبکه بندی با استفاده از مش موزاییکی فلوئنت مشینگ، می­تواند به طور خودکار انواع مختلف المان را در مناطق مختلف هندسه تولید کند و این شبکه­‌ها را به طور یکنواخت به یکدیگر متصل کند. این روش در حال حاضر منجر به ایجاد مش‌­های چند وجهی-هسته شش وجهی (Poly-Hexacore) می­شود که از المان­های زیر در صورت لزوم استفاده می­کند :

• المان­های شش ضلعی
• المان­های چند وجهی
• ایجاد لایه مرزی بر روی دیواره­‌ها (Wall inflation) به صورت شبکه­‌های چند وجهی

مش موزاییکی به طور خودکار المان­‌های گفته شده در بالا را با یکدیگر ترکیب می­کند تا مطمئن شود شبکه تولید شده از بالاترین کیفیت برخوردار است. مش تولید شده دارای یک مش لایه مرزی در نزدیکی دیواره‌­ها و یک مش شش وجهی در ناحیه جریان سیال خواهد داشت. سپس این دو منطقه (نزدیک دیواره و ناحیه جریان سیال) با یک مش چند وجهی به یکدیگر متصل می­شوند. این رویکرد جدید بدین معنی است که کاربر قادر است به سرعت یک مش بسیار قوی با کیفیت بالا و بهینه سازی شده برای رسیدن به جواب­‌های دقیق و پایدار ایجاد کند.

آشنایی با نرم افزارهای تولید شبکه در انسیس

انسیس ورکبنچ مشینگ Ansys Meshing

• انسیس مشینگ با انواع مدل‌های هندسی که در مسئله مورد استفاده قرار می­گیرد، سازگاری مناسبی دارد و معیارهای مربوطه را برای ایجاد بهترین مش را تنظیم می­کند. کاربرانی که به تازگی شروع به استفاده از انسیس مشینگ کرده ­اند و به یک تجزیه و تحلیل سریع و ساده نیاز دارند، می­توانند در چند مرحله کوتاه یک شبکه‌ی مناسب بر روی مدل خود ایجاد کنند. در صورت امکان، انسیس مشینگ به طور خودکار با استفاده از هسته‌­های موجود در رایانه از پردازش موازی استفاده می­کند و مدت زمان ایجاد مش را به طور قابل توجهی کاهش می­دهد.

فلوئنت مشینگ Fluent Meshing

• در نسخه‌های جدید انسیس، رابط کاربری این نرم افزار شاید بهبود چشمگیری شده است. نرم افزار فلوئنت مشینگ جهت تولید شبکه‌ی بی سازمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. وجود فناوری مش موازییک که ترکیب شبکه‌ی هسته شش وجهی و چندوجهی است، از جمله قابلیت های برجسته‌ی این نرم افزار است.

آی سی ای اِم ICEM

• این نرم افزار بیشتر به دلیل دارا بودن قابلیت بلاک بندی Blocking مورد توجه قرار گرفته است. به کمک این قابلیت می‌توان به ساختار شبکه نظم بخشید و در انتها اقدام به تولید شبکه‌ی سازمان یافته کرد.

گمبیت Gambit

• هر چند این نرم افزار سال‌هاست که توسط انسیس بروزرسانی نشده است، ولی به دلیل حجم پایین و یادگیری آسان همچنان برای تولید شبکه‌ در هندسه‌های دوبعدی و سه‌بعدی ساده مورد توجه قرار دارد.

ادامه‌ی مطالب این بخش ویژه‌ی افرادی است که به مباحث مقدماتی تولید شبکه در انسیس و فلوئنت تسلط دارند.

بهترین روش‌ها برای شبکه بندی و شبیه سازی مدل‌­های سیالاتی و حرارتی

الف) استفاده از روش پوشش دهی مدل هندسی برای تولید مدل­‌های سیالیِ بدون درز و آب بندی شده (use geometry wrapping to create watertight fluids model)

هندسه‌­هایی که مهندسان طراحی برای مهندسین تجزیه و تحلیل ارسال می­کنند، به ندرت یک شکل بدون نقص هستند تا بتوانند به برنامه­‌های مدلسازی سیالاتی وارد شوند. رفع این شکاف­‌ها و درز­ها در هندسه می­تواند ساعت ها، حتی روزها طول بکشد. 

بنابراین، شما (به عنوان مهندس تجزیه و تحلیل) باید از یک نرم افزار CFD استفاده کنید که می­تواند یک شبکه سطحی را به دور هندسه ناپیوسته ایجاد کند. این قابلیت شبکه بندی خودکار که در نرم افزار فلوئنت مشینگ Fluent Meshing به حد کمال خود رسیده است، به سرعت تمام شکاف­‌ها را پر می­کند و زمان بیشتری برای شبیه سازی و تجزیه و تحلیل نتایج باقی می­گذارد.

ب) ترکیب کردن اشکال به روش همپوشانی برای ایجاد سریع یک محدوده جریان

برای یک تحلیل سیالاتی در فلوئنت، باید یک حجم سیال معکوس ایجاد شود. شما می­توانید با پوشش دادن یک جعبه در اطراف هندسه آب بندی شده و با تبدیل کردن تمام سطوحی که در جسم جامد با یکدیگر همپوشانی دارند به یک سطح واحد، حجم سیال ایجاد کنید. شکل زیر نمونه‌ای از این فرآیند را نشان می‌دهد.

این کار از تداخل بین جعبه‌ی پوششیِ ایجاد شده و هندسه جلوگیری می­کند. سپس می­توان حجم را استخراج و به محیط های تحلیل سیالاتی وارد کرد.

برای ایجاد هندسه جریان (Flow geometry) با استفاده از انسیس اسپیس ­کلیم (Ansys SpaceClaim) می­توانید از تابع “share topology” استفاده کنید. با استفاده از قابلیت “مش سطحیِ” نرم افزار فلوئنت، می­توانید حجم جریان را از درزهای بین مرزهای هندسه استخراج کنید.

پ) متصل کردن یکنواخت مش­‌ها به یکدیگر برای جلوگیری از ایجاد فاصله زیاد بین آن‌ها (Conformally connect meshes together to avoid gaps)

شما می­توانید با ایجاد مش‌­های بزرگ برای مناطق بزرگ و مش­‌های ریز برای هندسه­‌های با جزئیات بیشتر، زمان­ محاسباتی خود را کاهش دهید. چالشی که در این مرحله با آن روبرو هستیم متصل کردن شبکه‌های بزرگ با شبکه‌های کوچک است. اگر اندازه مش‌­هایی که مجاور یکدیگر هستند خیلی با هم اختلاف داشته باشند (یعنی یک شبکه ریز باشد و شبکه مجاورش درشت باشد (غیر یکنواخت)) باعث کاهش دقت در نتایج به دست آمده می­گردد. ایجاد یک مش یکنواخت یک کار خسته کننده است. این کار به طور معمول به مرتب کردن هندسه و اصلاح دستی مش نیاز دارد تا همه چیز به خوبی در کنار هم قرار بگیرند.

برای آموزش کامل مفاهیم تولید بهترین شبکه در انسیس، دوره‌‎‌ی آموزشی “هر آنچه در مورد شبکه بندی در انسیس باید بدانید“ در بخش فروشگاه آموزشی را پیشنهاد می‌کنیم.

مقایسه‌­ای بین نرم ­افزارهای ANSYS Fluent Meshing و Ansys Meshing در انسیس

اگر به دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) وارد شده‌­اید، می­دانید که فرآیند مش ­بندی می­تواند پر زحمت باشد، اما برای زمان حل و دقت حل بسیار مهم است. همچنین ممکن است متوجه شده باشید که ابزارهای شبکه سازی زیادی برای انتخاب وجود دارد. Ansys Meshing و Ansys Fluent Meshing دو ابزار مش­بندی شرکت انسیس برای دینامیک سیالات محاسباتی هستند که از محبوبیت بالایی برخوردارند. بنابراین، یادگیری اشتراک­‌ها و تفاوت­‌های بین این دو ابزار می­تواند مفید باشد. سوالات متداول کاربران عبارتند از:

• تفاوت این دو محیط شبکه بندی در چه مواردی است؟
• چه زمانی یکی بر دیگری ترجیح داده می شود؟

اجازه دهید با نحوه قرار گرفتن این دو ابزار در میزکار انسیس شروع کنیم و سپس به طور خاص، نحوه ادغام هر دو ابزار با Ansys Workbench توضیح داده خواهد شد.

میزان تعامل محیط انسیس مشینگ با میزکار انسیس

ANSYS Meshing جزء اصلی محیط میز کار است. تنظیمات مش این ابزار به نحوی ایجاد شده است که از فیزیک مسئله شما آگاه است و به شما امکان می دهد مش‌ها را برای کاربردهای الکترومغناطیسی، FEA ،CFD و غیره ایجاد کنید. این محیط را می‌­توان در زیرشاخه­‌های Component system و Analysis system پیدا و در میز کار انسیس ایجاد کرد.

شکل ۱٫ یکپارچه­سازی میزکار Ansys meshing

میزان تعامل محیط فلوئنت مشینگ با میزکار انسیس

بسیاری از کاربران به جای استفاده از میزکار انسیس از Fluent Meshing (در حالت مستقل) به عنوان بخشی از «جریان کاری جدید فلوئنت» استفاده می‌کنند. با این حال، Fluent Meshing در میزکار انسیس موجود است. شما می­توانید مش‌­های ایجاد شده توسط Fluent meshing را نه تنها در فلوئنت، بلکه در Polyflow و CFX نیز استفاده کنید. توجه داشته باشید که برای انجام این کار، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، باید ویژگی بتا را در گزینه­‌های میزکار فعال کنید تا امکان اتصال بین Fluent Meshing و Polyflow یا CFX وجود داشته باشد.

ساختارهای ایجاد شبکه (انواع المان‌های شبکه بندی)

اساس مش بندی، توپولوژی سلولی است. مهم است که ابتدا توجه داشته باشید که Fluent meshing یک ابزار ایجاد مش کاملاً سه بعدی است، در حالیکه Ansys meshing می­تواند مش­‌های دو و سه بعدی ایجاد کند. در سه بعدی، هر دو ابزار می­توانند مش های چهاروجهی، شش وجهی، منشور/گوه و هرمی تولید کنند. فناوری ایجاد مش موزاییکی فلوئنت مشینگ، با استفاده از عناصر چند وجهی یکنواخت، خود را متمایز می­کند. المان­ های چند وجهی­ نسبت به چهار وجهی مزیت‌هایی دارند؛ زیرا تعداد سلول‌ها را بسیار کاهش می‌دهند، به دلیل داشتن وجوه اضافی دقت محاسبات بالاتر است و همچنین استفاده از آن­ها در هندسه­‌های پیچیده آسان­تر است.

شکل ۳٫ انواع المان­های سه بعدی، مش­های چند وجهی فقط در Fluent meshing در دسترس می­باشد.

مش­های منطبق و نامنطبق

به خاطر داشته باشید که همه‌ی ابزارهای CFD با مش‌­های غیریکنواخت (نامنطبق یا Nonconformal) سازگار نیستند.  در مش­ های یکنواخت (سازگار یا Conformal) هر گره با یک گره در سلول­‌های مجاورش مطابقت دارد. ابزارهای Ansys CFD می‌توانند از پس شبیه­ سازی مرزهای واسط (یا اینترفیس) با مش­ های غیریکنواخت برآید، یعنی مش­ های بزرگ برای محیط جامد و مش­ های ریز برای محیط سیال در یک مرز اینترفیس. با این حال، CFX و Polyflow با ساختارهای سلولی غیریکنواخت شش وجهی مانند مش‌­های شش وجهی استاندارد Fluent meshing با انتقال‌های ۸ به ۱ (octree) سازگار نیستند.

روش­‌های تولید مش حجمی

روش­‌های مش حجمی موجود در دو نرم افزار شبکه بندی انسیس، دارای اشتراکاتی هستند اما تفاوت­‌های قابل توجهی نیز با یکدیگر دارند. اغلب تصمیم‌­گیری در مورد اینکه کدام ابزار باید انتخاب شود به این بستگی دارد که کدام روش مش­ بندی برای هندسه شما و محدودیت­‌های دنیای واقعی شما مانند قدرت محاسباتی، مهلت­ تحویل پروژه، الزامات دقت و غیره مناسب­‌تر است. به عنوان مثال، اگر مدیرتان به سراغ شما بیاید و بگوید که می خواهد یک تخمین تقریبی برای افت فشار در یک منیفولد را تا پایان روز انجام دهید، احتمالاً وقت نخواهید داشت که یک شبکه ساختار یافته با لایه مرزی عالی ایجاد کنید. شکل­‌های زیر مقایسه‌­ای از روش­‌های موجود در هر دو ابزار را ارائه می­دهند که شما را هنگام انتخاب روش مش­بندی مناسب برای مدل CFD، راهنمایی می­کند.

نحوه ایجاد مش

چگونه می­توان از این ابزارها استفاده کرد؟ اجازه دهید آن را در ادامه مرور کنیم زیرا در حالیکه مراحل کلی مشابه هستند، گردش کار ایجاد فایل CAD تا اعمال مش بر روی آن، به طور قابل توجهی متفاوت است.

ایجاد مش در Ansys meshing

در این بخش نحوه ایجاد مش در Ansys meshing به صورت انعطاف پذیر، پارامتریک و تکراری خلاصه می­شود. از این جهت انعطاف‌پذیر است که می‌توانید روش‌های مختلف ایجاد مش را برای بدنه‌های مختلف ترکیب/تطبیق دهید و آن‌ها را مطابق میل خودتان و ترتیبی که مد نظر خودتان است بر روی هندسه اعمال کنید. کنترل شما بر روی مش می­تواند به صورت انجام بگیرد: ۱) می­توانید تنظیمات پیش فرضی که در نرم افزار موجود است را قبول کنید تا نرم افزار به صورت خودکار و با استفاده از آگاهی که نسبت به فیزیک مسئله شما دارد، مش را اعمال کند. ۲) می­توانید خودتان و به صورت دستی لبه ها، گره ها، وجوه، اندازه بدنه و غیره را تعیین کنید تا به مش مورد نیاز خود دست یابید. از این نظر پارامتری است که شما می­توانید همه کنترل­ها را در بخش نام­های تعریف شده توسط کاربر تعیین کنید (It is parametric in that you can have all controls be driven by user-defined name selections.). این انتخاب نام‌ها را می‌توان بر اساس اندازه/موقعیت/همبستگی از طریق ابزار کاربرگ خودکار کرد که به شما امکان می‌دهد هندسه خود را به‌روزرسانی کنید و تنظیمات مش را در آن منتشر کنید. در نهایت، تکراری است زیرا می‌توانید مش را برای بخش‌هایی از مدل تولید کنید، معیارهای کیفیت را بررسی کنید و تا زمانی که مش برای تجزیه و تحلیل آماده شود، این فرآیند را تکرار کنید.

شکل ۷٫ نحوه ایجاد مش در Ansys meshing

گردش­کار وظیفه محور Fluent meshing

دو جریان کار وظیفه محور در meshing Fluent در دسترس هستند که بیشتر موارد استفاده را پوشش می‌دهند: ضدآب (watertight) و مقاوم در برابر خطا (fault-tolerant). این جریان کارها کاربران را گام به گام از طریق فرآیند مش بندی که با ایجاد و بارگزاری هندسه شروع می­شود و به تولید مش حجمی ختم می­شود، راهنمایی می­کند. این گردش‌های کاری قابل تنظیم هستند و می‌توانند برای استفاده مجدد در تحلیل‌های آینده ذخیره شوند.

شکل ۸٫ دو جریان کاری معرفی شده را با هم مقایسه می­کند. همانطور که از نام ها پیداست، ایجاد مش با روش ضدآب برای هندسه سیال و/یا جامدی که نسبتاً تمیز و ضدآب هستند، استفاده می­شود. اکثر کاربران زمانی این جریان­کاری را انتخاب می­کنند که یا هندسه تمیزی داشته باشند یا زمانیکه از Ansys Spaceclaim که یک نرم افزار قدرتمند در ایجاد هندسه است، استفاده کرده باشند.

با این حال، گاهی اوقات CAD بسیار کثیف است و/یا از قطعات زیادی تشکیل شده است و همین امر تمیز کردن آن را به کاری پر زحمت تبدیل می­کند. جریان­کاری مش بندی مقاوم در برابر خطا (FTM) در اینجا عالی عمل می­کند. روش FTM را می­توان با تمام فرمت­های اصلی CAD مانند STL، JT و غیره استفاده کرد. بهترین راه برای تجسم FTM برای کاربردهای جریان خارجی، تصویری از بسته بندی یک ماشین است. For internal flow, picture blowing up a balloon inside the part. فرآیند “پوشش (Wrapping)” نشت و خطاهای کوچک در CAD را پوشش می دهد. شما با استفاده از این فرآیند ابتدا یک مش سطحی و سپس یک مش حجمی ایجاد می­کنید.

شکل ۸٫ جریان­کاری وظیفه محور Fluent meshing

ویژگی­های قابل استفاده

شکل ۹٫ برخی از ویژگی‌های قابل استفاده در هر دو ابزار را نشان می­دهد که با استفاده از این اطلاعات می­توانید بهترین ابزار را برای پروژه خود انتخاب کنید. لیست ارائه شده اگرچه که جامع نیست، اما موارد ذکر شده در مورد داشتن یک تجربه ایجاد مش کارآمد، قابل توجه هستند.

شکل ۹٫ مقایسه از ویژگی­های قابل استفاده در Ansys Meshing و Fluent Meshing

جمع­بندی

به طور خلاصه، Ansys Meshing و Fluent Meshing مش­های با کیفیت بالا تولید می­کنند و ویژگی­های کاربردی مناسبی را برای تجزیه و تحلیل CFD کارآمد و دقیق ارائه می­دهند.

تفاوت های قابل توجه بین این دو عبارتند از:

• روش­ها / انواع سلول­ها
• مش‌بندی موزاییکی Fluent meshing، ویژگی­هایی مثل دقت هندسی بالا، کیفیت سلول و زمان حل سریع را ترکیب می‌کند.
• مش بندی­های Sweep و Multizone که در ابزار Ansys Meshing موجود هستند، کاربران را قادر می­سازد تا مش­های شش ضلعی ساختار یافته (در درجه اول) را با کنترل بصری و انعطاف پذیری بیشتری ایجاد کنند.
• گردش­های کاری
• گردش کار وظیفه محور Fluent meshing برای بسیاری از برنامه­های کاربردی CFD مناسب است و استفاده از آن بسیار آسان می­باشد.
• Ansys Meshing یک محیط انعطاف‌پذیر را فراهم می‌کند که به کاربران امکان می‌دهد از کنترل‌های جهانی مبتنی بر فیزیک هوشمند استفاده کنند و در عین حال کنترل مش محلی دقیقی را نیز ارائه می‌دهند.
• ویژگی­های قابل استفاده
• Fluent meshing توانایی ایجاد گردش‌های کاری سفارشی را ارائه می‌دهد که می‌تواند شامل فایل‌های ژورنال، اندازه محلی و کارهای بهبود خودکار مش باشد.
• کاربرگ­های meshing Ansys ضبط عملیات ایجاد مش و تعریف انتخاب نام را بر اساس اندازه، مکان یا توپولوژی برای کنترل مش فعال می­کنند.

برخی از خوانندگان احتمالا هنوز به پاسخ به این سوال صریح علاقه مند هستند: از کدام ابزار باید استفاده کنم؟

بستگی دارد به:

• زمانیکه از نرم افزار فلوئنت برای تحلیل مسائل CFD خود استفاده می­کنید، توپولوژی مش چند وجهی-شش وجهی یک مزیت غیر قابل انکار است که Fluent meshing را بعنوان گزینه­‌ای مناسب برای ایجاد مش تبدیل می­کند.
• هنگام استفاده از CFX یا Polyflow، همچنان می‌توانید از شبکه‌های شش‌ وجهی یکنواخت یا مش‌های چهار وجهی در Fluent meshing استفاده کنید، اما با توجه به سازگاری Ansy meshing با نرم افزار­های CFX/Polyflow، استفاده از Ansy meshing در این موارد ارجحیت دارد.
• اگر نیاز باشد یا ترجیح داده شود که برای به حداقل رساندن اندازه مش یا تراز کردن مش با جهت جریان در همه جای هندسه، باید از یک مش شش وجهی با سازمان استفاده شود، آنگاه Ansys meshing محیط کاربرپسندتری را برای این توپولوژی از طریق ایجاد مش Sweep یا Multizone ارائه می‌دهد.

💬 توضیحات و پاسخ به یک سوال رایج در ارتباط با نرم افزارهای تولید شبکه در انسیس:

❓سوال: برای کار با نرم افزار فلوئنت از چه نرم افزاری برای شبکه بندی استفاده کنیم؟؟؟

بهترین نرم افزار شبکه بندی کدومه؟؟؟؟

✅ پاسخ به این سوال رو کسی می تونه بده که با تمام نرم افزارهای شبکه بندی کار کرده باشه و بتونه مقایسه ای بین اون ها داشته باشه….
اگر بخوایم به صورت کلی و براساس تجربه ی شخصی برای کسی که تصمیم داره با نرم افزار فلوئنت شبیه سازی رو انجام بده چند نکته رو بیان کنیم به موارد زیر اشاره می کنیم:

۱) برترین نرم افزار شبکه بندی( که دارای قابلیت های بسیار زیادی از جمله بلاک بندی هندسه است) نرم افزار فلوئنت مشینگ و ورکبنچ مشینگ خواهد بود. هر کسی که تجربه کار با این نرم افزارها رو داشته باشه متوجه برتری اون‌ها نسبت به سایرین خواهد شد.
(یادگیری و کار با این نرم افزار ⬅ نسبتاً دشوار)

۲) نرم افزار ICEM در رتبه ی بعدی قرار میگیره. نرم افزاری ساده و البته دارای قابلیت ها بلاک بندی که امکان تولید شبکه‌ی باسازمان رو فراهم می‌کنه.
(یادگیری و کار با این نرم افزار ⬅ دشوار)

۳) نرم افزار گمبیت(Gambit) اما در رتبه سوم قرار خواهد گرفت. نرم افزاری ساده و کاربردی که هنوز هم طرفدارای بسیار زیادی داره.
(یادگیری و کار با این نرم افزار ⬅ ساده)