ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته در یک زانویی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT)
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مثالهای بسیار مهم و پرکاربرد، ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته در یک زانویی است. زانوها (Elbows/Bends) در سیستمهای لولهکشی، مبدلهای حرارتی و جریانهای صنعتی استفاده گستردهای دارند و به دلیل انحنای مسیر جریان، شبیهسازی دقیق آنها در CFD نیازمند هندسه منظم و مش کنترلشده است.
در این محتوا، ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته در یک زانویی در نرمافزار گمبیت بهصورت مرحلهبهمرحله و آموزشی توضیح داده میشود.
اهمیت شبیهسازی زانویی در CFD
وجود انحنا در زانویی باعث:
- ایجاد گرادیان فشار شعاعی
- تشکیل گردابههای ثانویه (جریانهای Dean)
- افزایش افت فشار
میشود. برای ثبت صحیح این پدیدهها، استفاده از مش سازمانیافته با کیفیت بالا ضروری است.
تعریف هندسه پایه زانویی
هندسه زانویی معمولاً با پارامترهای زیر تعریف میشود:
- قطر یا ارتفاع مقطع کانال
- زاویه زانویی (۹۰، ۴۵ یا ۱۸۰ درجه)
- شعاع انحنای زانویی
- طول بخشهای مستقیم ورودی و خروجی
تعریف صحیح این پارامترها نقش مهمی در دقت نتایج شبیهسازی دارد.
ترسیم مقطع ورودی زانویی
در گام نخست، مقطع ورودی زانویی (دایرهای یا مستطیلی) ترسیم میشود. این مقطع باید:
- کاملاً بسته و بدون نقص باشد
- قابلیت تقسیمبندی چهارضلعی برای مش Structured را داشته باشد
کیفیت مش نهایی به دقت این مرحله بستگی دارد.
ایجاد مسیر خمیده زانویی
مسیر مرکزی زانویی بهصورت یک قوس تعریف میشود که:
- زاویه انحنا را مشخص میکند
- شعاع زانویی بر اساس آن تعیین میگردد
این مسیر مبنای ایجاد حجم سهبعدی زانو خواهد بود.
ایجاد حجم سهبعدی زانویی با روش Sweep
پس از ترسیم مقطع و مسیر خمیده:
- مقطع ورودی در امتداد مسیر قوسی Sweep میشود
- حجم سیال زانویی سهبعدی ایجاد میگردد
روش Sweep امکان تولید مش سازمانیافته در حجمهای خمیده را فراهم میکند.
آمادهسازی هندسه برای مشبندی سازمانیافته
برای ایجاد مش Structured، لازم است:
- سطوح بهدرستی چهارضلعی شوند
- لبهها دارای تقسیمبندی سازگار باشند
- تعداد المانها در مقطع و راستای طول هماهنگ باشد
این اقدامات از ایجاد مش نامنظم جلوگیری میکند.
مشبندی سطح مقطع زانویی
ابتدا سطح مقطع ورودی زانو مشبندی میشود. در این مرحله:
- تعداد تقسیمات روی اضلاع طوری انتخاب میشود که تقارن حفظ گردد
- سلولهای چهارضلعی با Aspect Ratio مناسب ایجاد شود
این مش پایه در مراحل بعدی Sweep میشود.
تولید مش سازمانیافته حجمی
پس از مشبندی سطح مقطع، مش دوبعدی در امتداد مسیر خمیده جاروب میشود و:
- مش هگزاهدرال سازمانیافته ایجاد میگردد
- کیفیت مش در طول انحنا حفظ میشود
این نوع مش دقت بالایی در شبیهسازی جریانهای خمیده دارد.
کنترل ریزشدگی مش در ناحیه انحنا
در بخش خمیده زانویی:
- مش در راستای شعاعی باید ریزتر شود
- تغییر اندازه سلولها باید تدریجی باشد
این کار باعث بهبود پیشبینی گردابهها و افت فشار میشود.
بررسی کیفیت مش سازمانیافته
پس از تولید مش، شاخصهای زیر بررسی میشوند:
- Skewness
- Aspect Ratio
- Orthogonality
کیفیت بالای مش به همگرایی سریعتر حل و نتایج پایدارتر منجر میشود.
تعریف نواحی مرزی زانویی
در پایان مرحله پیشپردازش، نواحی مرزی شامل:
- ورودی جریان
- خروجی جریان
- دیواره زانویی
بهصورت دقیق تعریف میشوند تا مدل آماده انتقال به حلگر گردد.
خطاهای رایج در مشبندی زانویی
برخی از خطاهای متداول شامل:
- استفاده از مش ساختنیافته در ناحیه خم
- عدم تطابق تقسیمبندی لبهها
- مش درشت در ناحیه انحنا
- کیفیت پایین سلولهای داخلی خم
توجه به این موارد از بروز خطاهای عددی جلوگیری میکند.
جمعبندی
ایجاد هندسه و مشبندی سازمانیافته در یک زانویی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT) از مباحث کلیدی در آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت است. با تعریف دقیق مقطع، مسیر خمیده مناسب و استفاده از روش Sweep برای تولید مش Structured، میتوان شبیهسازی CFD دقیقی از جریان در زانوها انجام داد.
کلیدواژه ها : ایجاد هندسه زانویی در گمبیت - مشبندی سازمانیافته زانویی - Structured Mesh in Elbow - ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت - مش هگزاهدرال در زانویی - Elbow Meshing in GAMBIT - GAMBIT Software
