ایجاد هندسه و مشبندی به شکل C حول یک سیلندر دوبعدی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT)
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مثالهای بسیار رایج و استاندارد در شبیهسازیهای CFD، ایجاد هندسه و مشبندی به شکل C حول یک سیلندر دوبعدی در نرمافزار گمبیت است. این نوع دامنه محاسباتی بهطور گسترده در شبیهسازی جریان عبوری از سیلندر، پدیده ریزش گردابه فونکارمن و بررسی نیروی درگ و لیفت مورد استفاده قرار میگیرد.
در این محتوا، مراحل اصلی ترسیم هندسه و مشبندی دامنه C شکل پیرامون یک سیلندر دوبعدی بهصورت آموزشی تشریح میشود.
چرا از دامنه C شکل استفاده میشود؟
استفاده از دامنه C شکل به دلایل زیر متداول است:
- کاهش اثر مرز خروجی بر میدان جریان اطراف سیلندر
- فراهمکردن فضای کافی برای تشکیل و گسترش دنباله جریان
- امکان تولید مش سازمانیافته با کیفیت بالا اطراف سیلندر
این نوع دامنه برای تحلیلهای دقیق آیرودینامیکی بسیار مناسب است.
تعریف هندسه پایه مسئله
هندسه مسئله شامل اجزای زیر است:
- یک سیلندر دوبعدی با قطر مشخص
- دامنه خارجی C شکل شامل ورودی، خروجی و دیوارههای بالا و پایین
ابعاد دامنه معمولاً چندین برابر قطر سیلندر انتخاب میشود تا اثر مرزها به حداقل برسد.
ترسیم سیلندر دوبعدی
در گام اول:
- مرکز سیلندر مشخص میشود
- دایرهای با قطر مورد نظر ترسیم میگردد
این دایره بهعنوان مرز جسم جامد (Wall) در شبیهسازی جریان تعریف خواهد شد.
ایجاد دامنه خارجی C شکل
پس از ترسیم سیلندر:
- دامنه خارجی بهصورت ترکیبی از خطوط مستقیم و قوس رسم میشود
- یک ناحیه خالی در پشت سیلندر برای خروج جریان در نظر گرفته میشود
این هندسه باعث ایجاد شکل کلی C مانند در اطراف سیلندر میگردد.
اعمال عملیات Boolean
برای ایجاد ناحیه سیال:
- سطح سیلندر از دامنه خارجی کسر میشود
- یک سطح سیال پیوسته اطراف سیلندر به دست میآید
دقت در این مرحله مانع بروز ناپیوستگی در مش خواهد شد.
تقسیمبندی دامنه برای مشبندی سازمانیافته
بهمنظور تولید مش Structured:
- دامنه به چند بلوک چهارضلعی تقسیم میشود
- خطوط تقسیمکننده از سطح سیلندر تا مرز خارجی امتداد مییابند
این تقسیمبندی کلید اصلی ایجاد مش منظم اطراف جسم دایرهای است.
مشبندی اطراف سیلندر
در نزدیکی سطح سیلندر:
- مش باید بسیار ریز تعریف شود
- سلولها ترجیحاً کشیده در راستای محیط سیلندر ایجاد شوند
این ریزشدگی برای ثبت لایه مرزی و نیروی درگ ضروری است.
کنترل رشد مش در راستای شعاعی
در فاصله گرفتن از سیلندر:
- اندازه سلولها بهصورت تدریجی افزایش مییابد
- نسبت رشد المانها کنترل میشود
این کار باعث کاهش هزینه محاسباتی بدون افت دقت میشود.
تولید مش در ناحیه دنباله جریان
در خلف سیلندر:
- مش در راستای جریان کشیدهتر میشود
- دقت بیشتری در مسیر تشکیل گردابهها فراهم میگردد
این ناحیه اهمیت ویژهای در تحلیل جریان گذرا دارد.
بررسی کیفیت مش دامنه C شکل
پس از مشبندی:
- Skewness
- Aspect Ratio
- Orthogonality
بررسی میشوند. کیفیت بالای مش نقش تعیینکنندهای در پیشبینی صحیح پدیده ریزش گردابه دارد.
تعریف نواحی مرزی
در پایان مرحله پیشپردازش:
- مرز ورودی بهعنوان Velocity Inlet
- مرز خروجی بهعنوان Pressure Outlet
- سطح سیلندر بهعنوان Wall
- دیوارههای بالا و پایین بهعنوان Wall یا Symmetry
تعریف میشوند.
خطاهای رایج در مش C شکل اطراف سیلندر
برخی اشتباهات متداول شامل:
- کوچک بودن دامنه خارجی
- مش درشت در مجاورت سیلندر
- تغییر ناگهانی اندازه سلولها
- کیفیت پایین سلولها در دنباله جریان
پرهیز از این موارد دقت نتایج CFD را بهطور محسوسی افزایش میدهد.
جمعبندی
ایجاد هندسه و مشبندی به شکل C حول یک سیلندر دوبعدی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT) یکی از مثالهای پایه و بسیار مهم در آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت است. با طراحی صحیح دامنه C شکل، تقسیمبندی اصولی و تولید مش سازمانیافته با کیفیت بالا، میتوان شبیهسازی دقیق و قابل اعتمادی از جریان اطراف سیلندر انجام داد
کلیدواژه ها : ایجاد هندسه C شکل در گمبیت - مشبندی سیلندر دوبعدی - C-Type Mesh Around Cylinder - ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت - مش سازمانیافته اطراف سیلندر - Cylinder Flow Meshing - GAMBIT Software
