ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته برای یک حجم حفرهدار در نرمافزار گمبیت (GAMBIT)
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مسائل مهم و نسبتاً پیشرفته، ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته برای یک حجم حفرهدار است. حجمهای حفرهدار در شبیهسازی جریانهای داخلی، انتقال حرارت، محیطهای متخلخل و طراحی قطعات مهندسی کاربرد گستردهای دارند و دقت تحلیل CFD آنها بهطور مستقیم به کیفیت هندسه و مش تولیدشده در مرحله پیشپردازش وابسته است.
در این محتوا، ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته برای یک حجم حفرهدار در نرمافزار گمبیت بهصورت آموزشی و مرحلهبهمرحله توضیح داده میشود.
اهمیت مدلسازی حجمهای حفرهدار در CFD
وجود حفره در یک حجم باعث:
- تغییر الگوی جریان و تشکیل نواحی بازچرخش
- ایجاد گرادیانهای شدید سرعت و فشار
- افزایش پیچیدگی میدان دما و تنش
میشود. به همین دلیل، استفاده از مش Structured با کیفیت بالا برای ثبت دقیق این پدیدهها ضروری است.
تعریف هندسه پایه حجم حفرهدار
هندسه حجم حفرهدار معمولاً شامل:
- حجم خارجی (بدنه اصلی)
- یک یا چند حفره داخلی
- دیوارههای مشترک بین حفره و بدنه
است. شکل حفره میتواند مکعبی، استوانهای یا پیچیدهتر باشد که انتخاب آن به نوع مسئله بستگی دارد.
ترسیم حجم خارجی
در گام نخست، حجم خارجی مدل تعریف میشود. این حجم میتواند بهصورت:
- مکعب مستطیل
- استوانه
- یا حجم دلخواه مهندسی
ترسیم شود. دقت در ابعاد حجم خارجی، پایه اصلی کل مدل است.
ایجاد حجم حفره داخلی
پس از ایجاد حجم خارجی:
- حجم حفره داخلی با ابعاد و موقعیت مشخص ترسیم میشود
- محل قرارگیری حفره باید کاملاً درون حجم اصلی باشد
این مرحله برای ایجاد فضای خالی در هندسه انجام میشود.
اعمال عملیات کسر حجم (Boolean Subtract)
برای ایجاد حجم حفرهدار:
- عملیات Boolean Subtract بین حجم خارجی و حفره انجام میشود
- در نتیجه، حجم سیال یا جامد حفرهدار ایجاد میگردد
انجام صحیح این مرحله از ایجاد سطوح تکراری یا ناقص جلوگیری میکند.
تقسیمبندی حجم برای مش سازمانیافته
به دلیل پیچیدگی هندسه حفرهدار، ایجاد مش Structured بدون تقسیمبندی امکانپذیر نیست. در این مرحله:
- حجم به چندین بلوک سادهتر تقسیم میشود
- سطوح مشترک چهارضلعی ایجاد میگردند
این تقسیمبندی (Blocking) پایه اصلی مشبندی سازمانیافته است.
هماهنگسازی لبهها و سطوح
برای حفظ مش منظم:
- تعداد المانها روی لبههای مشترک یکسان تعریف میشود
- جهت مش در بلوکهای مجاور هماهنگ میگردد
عدم هماهنگی لبهها باعث شکست مش Structured میشود.
مشبندی سطوح حجم حفرهدار
پس از آمادهسازی بلوکها:
- ابتدا سطوح مشبندی میشوند
- از مش چهارضلعی منظم استفاده میگردد
این مش سطحی مبنای تولید مش حجمی هگزاهدرال است.
تولید مش حجمی سازمانیافته
در مرحله بعد:
- مش سطوح به داخل حجم اکسترود یا Sweep میشود
- مش هگزاهدرال سازمانیافته ایجاد میگردد
این نوع مش دقت عددی بالا و همگرایی بهتری نسبت به مشهای ساختنیافته دارد.
ریزشدگی مش در اطراف حفره
در اطراف دیوارههای حفره:
- مش باید ریزتر تعریف شود
- تغییر اندازه سلولها بهصورت تدریجی اعمال گردد
این کار باعث ثبت دقیق جریانهای ثانویه و انتقال حرارت در اطراف حفره میشود.
بررسی کیفیت مش حجم حفرهدار
پس از تولید مش، شاخصهای کیفی شامل:
- Skewness
- Aspect Ratio
- Orthogonality
بررسی میشوند. کیفیت مناسب مش شرط لازم برای حل پایدار در نرمافزارهای CFD است.
تعریف نواحی مرزی حجم حفرهدار
در پایان پیشپردازش:
- سطوح خارجی بهعنوان ورودی و خروجی (در صورت وجود جریان)
- دیوارههای حفره بهعنوان Wall
تعریف میشوند و مدل آماده انتقال به حلگر میگردد.
خطاهای رایج در مشبندی حجم حفرهدار
برخی از خطاهای متداول عبارتاند از:
- تقسیمبندی نامناسب بلوکها
- عدم تطابق لبههای بلوکهای مجاور
- مش درشت در اطراف حفره
- کیفیت پایین سلولها در گوشههای داخلی
پرهیز از این خطاها تأثیر مستقیمی بر دقت نتایج نهایی دارد.
جمعبندی
ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته برای یک حجم حفرهدار در نرمافزار گمبیت (GAMBIT) از مباحث مهم در آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت محسوب میشود. با استفاده از عملیات Boolean، تقسیمبندی اصولی حجم و تولید مش هگزاهدرال سازمانیافته، میتوان شبیهسازی CFD دقیق و قابلاعتمادی برای مسائل دارای حفره انجام داد.
کلیدواژه ها : ایجاد هندسه حجم حفرهدار در گمبیت - مشبندی سازمانیافته حجم حفرهدار - Structured Mesh in Porous Volume - ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت - مش هگزاهدرال حجم حفرهدار - Hole Volume Meshing - GAMBIT Software
