ایجاد هندسه و مشبندی یک کانال دندانهدار در نرمافزار گمبیت (GAMBIT)
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مثالهای کاربردی و نسبتاً پیشرفته، ایجاد هندسه و مشبندی یک کانال دندانهدار است. کانالهای دندانهدار (Serrated or Ribbed Channels) در مطالعات انتقال حرارت، افزایش تلاطم و بهبود اختلاط جریان کاربرد فراوانی دارند و مدلسازی دقیق آنها در CFD نیازمند هندسه منظم و مش با کیفیت بالا است.
در این محتوا، ایجاد هندسه و مشبندی یک کانال دندانهدار در گمبیت بهصورت آموزشی و مرحلهبهمرحله تشریح میشود.
اهمیت شبیهسازی کانال دندانهدار در CFD
وجود دندانهها روی دیواره کانال باعث:
- افزایش آشفتگی جریان
- بهبود ضریب انتقال حرارت
- افزایش افت فشار
میشود. برای پیشبینی صحیح این اثرات، تولید مش مناسب در نواحی دندانهدار اهمیت بسیار بالایی دارد.
تعریف هندسه پایه کانال دندانهدار
هندسه کانال دندانهدار معمولاً شامل:
- ورودی کانال
- بخش اصلی کانال
- دندانهها یا ریبها روی یک یا دو دیواره
- خروجی کانال
است. شکل دندانهها میتواند مثلثی، مربعی یا ذوزنقهای باشد که انتخاب آن به هدف شبیهسازی بستگی دارد.
ترسیم پروفیل دوبعدی کانال
در گام اول، نمای دوبعدی کانال ترسیم میشود. این نما شامل:
- طول و ارتفاع کلی کانال
- محل قرارگیری دندانهها
- فاصله بین دندانهها
است. دقت در ترسیم پروفیل دوبعدی از ایجاد هندسه معیوب در مراحل بعدی جلوگیری میکند.
ایجاد الگوی تکرارشونده دندانهها
از آنجا که دندانهها معمولاً بهصورت تکراری در طول کانال قرار میگیرند، بهترین روش:
- ترسیم یک دندانه پایه
- استفاده از Copy و Array برای تکرار آن
استفاده از این روش باعث یکنواختی هندسه و سادهتر شدن مشبندی میشود.
ایجاد سطح سیال کانال
پس از ترسیم کامل خطوط مرزی، سطح دوبعدی سیال کانال ایجاد میشود. در این مرحله باید:
- بسته بودن کامل خطوط کنترلی بررسی شود
- از عدم وجود سطوح همپوشان اطمینان حاصل گردد
سطح صحیح، شرط لازم برای تولید مش پایدار است.
آمادهسازی هندسه برای مش سازمانیافته
بهدلیل وجود دندانهها، مشبندی مستقیم Structured ممکن نیست مگر اینکه هندسه به بلوکهای منظم تقسیم شود. این کار با:
- ایجاد خطوط کمکی در اطراف هر دندانه
- تقسیم کانال به چندین ناحیه چهارضلعی
انجام میشود.
این مراحل، امکان تولید مش سازمانیافته با کیفیت بالا را فراهم میکند.
انتخاب نوع مش مناسب
در کانال دندانهدار، گزینههای رایج برای مش عبارتاند از:
- مش سازمانیافته چهارضلعی (Quad Mesh)
- در صورت پیچیدگی زیاد، مش ترکیبی
مش Structured به دلیل دقت بالا در نزدیک دیوارهها معمولاً ارجح است.
ریزشدگی مش در اطراف دندانهها
برای شبیهسازی دقیق جریان:
- مش در نزدیکی دندانهها باید ریزتر باشد
- گرادیان تغییر اندازه سلولها بهصورت تدریجی اعمال شود
این کار باعث ثبت دقیق گردابههای موضعی ایجادشده توسط دندانهها میشود.
تولید مش دوبعدی سازمانیافته
پس از تعیین تعداد المانها روی خطوط، مش سازمانیافته بر روی سطوح دوبعدی کانال ایجاد میشود. سلولهای چهارضلعی منظم، دقت عددی و پایداری حل را بهبود میدهند.
بررسی کیفیت مش تولیدشده
پس از تولید مش، معیارهای کیفی مانند:
- Skewness
- Aspect Ratio
- Orthogonality
بررسی میشوند. کیفیت مش در اطراف دندانهها نقش کلیدی در نتایج CFD دارد.
توسعه مدل به حالت سهبعدی (در صورت نیاز)
در برخی مطالعات، کانال دندانهدار بهصورت سهبعدی بررسی میشود. در این حالت:
- مش دوبعدی با روش Sweep اکسترود میشود
- ضخامت کانال تعریف میگردد
این روش باعث حفظ کیفیت مش در بعد سوم میشود.
تعریف نواحی مرزی کانال
در پایان مرحله پیشپردازش، نواحی:
- ورودی کانال
- خروجی کانال
- دیوارههای صاف و دندانهدار
بهصورت دقیق تعریف شده و مدل آماده انتقال به حلگر میشود.
خطاهای رایج در مشبندی کانال دندانهدار
برخی از خطاهای متداول عبارتاند از:
- ریز نبودن مش در لبه دندانهها
- تغییر ناگهانی اندازه سلولها
- تقسیمبندی نامناسب بلوکها
- کاهش کیفیت مش نزدیک دیواره
اجتناب از این خطاها باعث افزایش دقت نتایج نهایی میشود.
جمعبندی
ایجاد هندسه و مشبندی یک کانال دندانهدار در نرمافزار گمبیت (GAMBIT) یکی از مباحث مهم در آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت است. با طراحی دقیق الگوی دندانهها، تقسیمبندی اصولی هندسه و استفاده از مش سازمانیافته و ریزشدگی موضعی، میتوان تحلیل CFD قابل اعتماد و دقیقی از جریان در کانالهای دندانهدار انجام داد.
کلیدواژه ها : ایجاد هندسه کانال دندانهدار در گمبیت - مشبندی کانال دندانهدار - ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت - Structured Mesh in GAMBIT - مشبندی کانال با دندانه - Ribbed Channel Meshing - GAMBIT Software
