ایجاد مش سازمانیافته (Structured Mesh) در یک کانال سهبعدی شیبدار در نرمافزار GAMBIT
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مثالهای کاربردی و مهم در شبیهسازی جریانهای داخلی، ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته در یک کانال سهبعدی شیبدار است. این نوع هندسه در مسائل مهندسی مانند کانالهای خنککاری، کانالهای انتقال سیال، مبدلهای حرارتی و جریانهای با تغییر مسیر بسیار رایج است.
در این محتوا، مراحل ایجاد هندسه و مشبندی بهصورت گامبهگام و مفهومی توضیح داده میشود.
معرفی کانال سهبعدی شیبدار
ویژگیهای اصلی هندسه:
- جریان داخلی سهبعدی
- وجود یک یا چند ناحیه با زاویه شیب مشخص نسبت به محور اصلی
- امکان ایجاد جریان ثانویه و تغییر پروفیل سرعت
به دلیل تغییر جهت کانال، کیفیت مش نقش تعیینکنندهای در پایداری حل عددی دارد.
انتخاب نوع مشبندی مناسب
برای کانال سهبعدی شیبدار:
- مش سازمانیافته (Structured) بهترین انتخاب است
- استفاده از المانهای هگزاهدرال (Hexahedral)
- قابلیت کنترل دقیق جهتگیری سلولها در راستای جریان
این انتخاب منجر به:
- کاهش نفوذ عددی
- همگرایی بهتر حل
- دقت بالاتر در حل جریانهای داخلی
تعریف پارامترهای هندسی کانال
پیش از شروع ترسیم هندسه، پارامترهای زیر باید مشخص شوند:
- طول بخش ورودی
- طول بخش شیبدار
- زاویه شیب کانال
- طول بخش خروجی
- عرض و ارتفاع مقطع کانال
تعریف دقیق این ابعاد از بروز خطا در بلوکبندی جلوگیری میکند.
ایجاد حجم ورودی کانال
در GAMBIT:
- یک حجم مستطیلی ساده برای بخش ورودی ترسیم میشود
- این حجم معمولاً دارای مقطع ثابت است
بخش ورودی نقش مهمی در توسعه جریان ایفا میکند.
ایجاد بخش شیبدار کانال
برای بخش شیبدار:
- یک حجم جدید با تغییر تدریجی موقعیت سطح بالا یا پایین ایجاد میشود
- زاویه شیب از پیش تعیین میگردد
این بخش حساسترین ناحیه از نظر کیفیت مش است.
ایجاد حجم خروجی کانال
در ادامه:
- حجمی مشابه ورودی برای خروجی ایجاد میشود
- هدف، کاهش بازتاب عددی در مرز خروجی است
معمولاً طول خروجی برابر یا بزرگتر از ورودی در نظر گرفته میشود.
اتصال حجمها با عملیات Boolean
پس از ترسیم بخشها:
- حجمهای ورودی، شیبدار و خروجی با هم Unite میشوند
- یک حجم پیوسته نهایی ایجاد میشود
پیوستگی هندسی برای مش Structured الزامی است.
بلوکبندی حجم کانال
برای تولید مش سازمانیافته:
- حجم کلی به بلوکهای سادهتر تقسیم میشود
- خطوط تقسیمبندی در راستای جریان انتخاب میشوند
در بخش شیبدار، بلوکبندی باید منطبق با زاویه کانال باشد.
تعیین تقسیمات لبهها (Edge Meshing)
در این مرحله:
- تعداد گرهها در راستای طول کانال بیشتر انتخاب میشود
- تقسیمات در ارتفاع و عرض کمتر ولی یکنواخت هستند
این کار باعث همراستایی المانها با جریان میشود.
کنترل مش در ناحیه شیبدار
در بخش شیبدار:
- نرخ رشد سلولها (Growth Rate) کاهش مییابد
- از پرش ناگهانی اندازه مش جلوگیری میشود
کنترل این ناحیه از بهوجود آمدن سلولهای بدشکل جلوگیری میکند.
تولید مش حجمی هگزاهدرال
پس از تنظیم تقسیمات:
- مش حجمی Hexahedral Structured ایجاد میشود
- سلولها پیرو خطوط جریان شکل میگیرند
این ساختار برای شبیهسازی جریانهای آرام و آشفته بسیار مناسب است.
بررسی کیفیت مش تولیدشده
پس از مشبندی، موارد زیر بررسی میشود:
- Skewness
- Aspect Ratio
- Orthogonality
تمرکز ویژه روی ناحیه تغییر شیب ضروری است.
تعریف شرایط مرزی کانال
بهطور معمول:
- ورودی: Velocity Inlet یا Mass Flow Inlet
- خروجی: Pressure Outlet
- دیوارهها: Wall
تعریف صحیح شرایط مرزی به اندازه کیفیت مش اهمیت دارد.
خطاهای رایج در مشبندی کانال شیبدار
برخی اشتباهات متداول:
- مش درشت در ناحیه شیب
- بلوکبندی نامناسب در تغییر زاویه
- اختلاف زیاد اندازه سلولها بین بلوکها
این موارد باعث افت دقت و ناپایداری حل میشوند.
جمعبندی
ایجاد مش سازمانیافته در یک کانال سهبعدی شیبدار در نرمافزار گمبیت از مثالهای مهم در مجموعه ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت است. این مدل، پایهای مناسب برای تحلیل دقیق جریانهای داخلی با تغییر مسیر بوده و تسلط بر آن، انجام بسیاری از مسائل کاربردی CFD را ممکن میسازد.
کلیدواژه ها : کانال سهبعدی شیبدار در GAMBIT – مش Structured هگزاهدرال – مشبندی کانال سهبعدی – ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت
