آشنایی با شرط مرزی فشار خروجی و جریان برگشتی

شرایط مرزی فشار خروجی در فلوئنت، نیازمند تعیین فشار استاتیک (گیج، نسبی) در مرز خروجی است. مقدار مشخص شده زمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد که جریان مادون صوت باشد؛ به محض اینکه جریان به صورت محلی مافوق صوت می‌شود، مقدار فشار مشخص شده در فلوئنت استفاده نخواهد شد؛ در این حالت فشار از طریق مقادیر جریان در سلول‌های داخلی برون یابی خواهد شد. دیگر کمبیت‌ها نیز از طریق مرزهای داخلی برونیابی می‌شود. یکسری تنظیمات در بخش شرایط ” جریان برگشتی” باید تعیین شود که مربوط به جهت جریان برگشتی در شرایط مرزی خروجی در طی فرآیند حل است. اگر مقادیر واقعی را برای کمیت‌های جریان برگشتی تعیین کنید مشکلات همگرایی کاهش پیدا خواهد کرد.

چندین انتخاب دیگر برای شرایط مرزی فشار خروجی وجود دارد که شامل موارد زیر است:

• جلوگیری از جریان بازگشتی
• تعادل شعاعی توزیع فشار
• تعیین فشار متوسط
• نرخ جریان جرمی هدف

• جلوگیری از جریان بازگشتی Reverse Flow به ناحیه‌ی محاسباتی

هنگامی که این گزینه انتخاب می‌شود، فلوئنت دیوارهای مصنوعی را روی سطوح شبکه‌ی مرزی ایجاد می کند تا از بازگشت جریان به دامنه جلوگیری کند. هنگامی که جریان دیگر وارد دامنه نمی‌شود و هنگامی که یک گرادیان فشار مطلوب در سطوح مش مرزی بازیابی می‌شود، دیواره های مصنوعی حذف می شوند.

هنگامی که دیوارهای مصنوعی ایجاد می‌شوند، فلوئنت پیامی را در پنجره کنسول چاپ می‌کند که تعداد سطوحی را که دیوارهای مصنوعی روی آن‌ها ساخته شده‌اند و درصد مساحت معادل آن‌ها را نشان می‌دهد.

• • توجه داشته باشید که این قابلیت در جریان‌های چندفازی در دسترس نیست.

تعریف شرایط جریان برگشتی Backflow

مقادیرجریان برگشتی تنها در صورتی استفاده خواهند شد که جریان از طریق خروجی به داخل کشیده شود. هنگامی که جهت جریان برگشتی که مجدداً وارد ناحیه محاسباتی می‌شود، مشخص است و مرتبط با حل میدان جریان است، میتوان  یکی از گزینه های در دسترس در تعیین جهت جریان برگشتی را انتخاب نمود.  مقدار پیش‌فرض این قسمت به صورت عمود بر مرز است و به ورودی بیشتری نیاز ندارد. اگر شما حالت بردار جهت (Direction Vector) را انتخاب کنید به ورودی های بیشتری نیاز بوده که شامل جهت جریان برگشتی است. اگر از گزینه‌ی سلول های همسایه (Neighboring Cell) استفاده کنید، انسیس فلوئنت جهت جریان برگشتی را براساس جهت سلول‌های داخلی مجاور مرز خروجی تعیین خواهد کرد.

اگر با جریان بازگشتی در مرز خروجی مواجه هستید:

• فشاری که شما به عنوان فشار گیج در مرز خروجی تعیین می‌کنید به منظور تعیین فشار کل یا فشار استاتیک استفاده خواهد شد. بنابراین نیازی نیست مقدار فشار برگشتی را به طور دقیق مشخص کنید. هنگامیکه فشار کل مبنای جریان برگشتی درنظر گرفته شود مقادیر فشار روی مرز براساس ترکیب فشار گیج با سهمی از فشار پویا که براساس سرعت در ناحیه سلولی مجاور است محاسبه خواهد شد. هنگامی که جریان برگشتی براساس فشار استاتیک باشد، مقدار فشار گیج به طور مستقیم بر روی سطوح مرزی اعمال می شود. اولین راه حلی که باید در نظر گرفت این است که موقعیت خروجی را به سمت پایین دست منتقل کنید. اگر این امکان پذیر نبود به سراغ تغییر شبکه‌ی ناحیه‌ی محاسباتی به ویژه در بخش‌های نزدیک به خروجی بروید.

به این نکته دقت داشته باشید که حتی اگر هیچ جریان برگشتی در فرآیند همگرایی حل مشاهده نمی شود، باید همواره یک مقدار واقعی برای جریان برگشتی در مرز خروجی و در نرم افزار فلوئنت درنظر بگیرید. این کار به حداقل رساندن مشکلات همگرایی کمک خواهد کرد.

• • گزینه ی جریان برگشتی در قاب مرجع Backflow Reference Frame برای جریان چندفازی یا شرایط مرزی بدون-بازتاب (Non-Reflecting) در دسترس نیست.