آشنایی با شرط مرزی فشار خروجی و جریان برگشتی

زمان مطالعه: 4 دقیقه

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

آشنایی با شرط مرزی فشار خروجی و جریان برگشتی- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت

  • 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.
  • نرخ جریان جرمی هدف

شکل ساده شده‌ی معادله برنولی به منظور اعمال فشار در هر تکرار روی ناحیه مرزی خروجی، به منظور دستیابی به نرخ جریان جرمی خروجی استفاده می شود. تغییر در فشار براساس معادله برنولی به معادله زیر توصیف می شود:

آشنایی با شرط مرزی فشار خروجی و جریان برگشتی- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت

این گزینه یکسری محدودست ها دارد که شامل:

    • نرخ جریان جرمی هدف با جریان‌های چند فازی یا زمانی که از هر یک از مدل‌های شرایط مرزی غیر منعکس کننده استفاده می‌شود، در دسترس نیست.
    • اگر شاک در جریان اتفاق افتد، فشار خرجی به نرخ جریان جرمی هدف نخواهد رسید.
    • اگر ناحیه‌ی متخلخل در مسیر جریان حضور داشته باشد که عامل یک افت فشار بزرگ است، فشار خروجی ممکن است به نرخ جریان خروجی هدف نرسد.
  • تعادل شعاعی توزیع فشار

این گزینه به منظور مدلسازی مسائل جریانی خروجی توربوماشین‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. هنگامیکه این گزینه فعال می شود فشار نسبی مشخص شده صرفاً برای موقعیت شعاعی حداقل (نسبت به محور چرخش) در مرز خروجی اعمال می شود. فشار استاتیک در سایر نواحی با این فرض که سرعت شعاعی ناچیز است، محاسبه خواهد شد؛ بنابراین گرادیان فشار براساس معادله‌ی زیر:

آشنایی با شرط مرزی فشار خروجی و جریان برگشتی- مرجع تخصصی آموزش نرم افزار انسیس و فلوئنت

که r معرف فاصله از محور چرخش و  v معرف سرعت مماسی است، داده خواهد شد.

توجه داشته باشید که این شرط مرزی حتی اگر سرعت چرخشی صفر باشد می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد؛ همچنین شرط مرزی فشار خروجی به همراه تعادل شعاعی، تنها در حالت سه بعدی و محاسبات تقارن محوری چرخشی در دسترس است.

  • تعیین فشار متوسط

انسیس فلوئنت گزینه‌ای به منظور تعیین فشار متوسط در مرزی خروجی در اختیار کاربر قرار می دهد. این گزینه اجازه می‌دهد تا فشار در امتداد مرز خروجی تغییر کند، اما میانگین معادل مقدار مشخص شده درقسمت ورودی فشار گیج را حفظ کند. تغییرات فشار مجاز در این حالت در مقایسه با فشار  پیش فرض، اندکی بازتاب مرز را کاهش می دهد.  در حلگر چگالی-مبنا دو روش میانگیری در دسترس است؛ یکی میانگین گیری قوی و دیگری ضعیف. تعیین میانگین فشار در شرط مرزی خروجی در حلگر فشار مبتا مشابه میانگیری قوی در حلگر چگالی مبناست.

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
WordPress PopUp Plugin
ضمن تبریک روز مهندس کد تخفیف Engineer_Day تا 10 اسفند فعال شد.
+ +
پیمایش به بالا