ایجاد هندسه و مشبندی یک نازل سهبعدی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT)
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مثالهای مهم و کاربردی، ایجاد هندسه و مشبندی یک نازل سهبعدی است. نازلهای سهبعدی در تحلیل جریانهای تراکمپذیر، توربینها، راکتها و سیستمهای پیشرانشی نقش کلیدی دارند و دقت شبیهسازی آنها بهطور مستقیم به کیفیت هندسه و مش تولیدشده در مرحله پیشپردازش بستگی دارد.
در این محتوا، ایجاد هندسه و مشبندی یک نازل سهبعدی در گمبیت بهصورت مرحلهبهمرحله و آموزشی شرح داده میشود.
اهمیت مدلسازی سهبعدی نازل در CFD
برخلاف نازلهای دوبعدی، در نازلهای سهبعدی:
- اثرات جانبی و سهبعدی جریان قابلتوجه هستند
- توزیع فشار و سرعت در محیط و عمق تغییر میکند
- پیشبینی دقیق گردابهها و افتها نیازمند مش سهبعدی مناسب است
به همین دلیل، طراحی اصولی هندسه و مشبندی اهمیت بالایی دارد.
تعریف هندسه پایه نازل سهبعدی
هندسه نازل سهبعدی معمولاً شامل اجزای زیر است:
- ورودی نازل
- بخش همگرا
- گلوگاه
- بخش واگرا
- خروجی نازل
این هندسه میتواند با مقطع دایرهای یا مستطیلی تعریف شود که انتخاب آن به نوع کاربرد نازل بستگی دارد.
ترسیم پروفیل نازل اولیه
فرآیند مدلسازی معمولاً با ترسیم پروفیل دوبعدی نازل آغاز میشود. این پروفیل نمایی از:
- تغییرات سطح مقطع
- طول نواحی همگرا و واگرا
را نشان میدهد. ترسیم دقیق این پروفیل، پایه اصلی ایجاد هندسه سهبعدی محسوب میشود.
تبدیل پروفیل دوبعدی به نازل سهبعدی
پس از ایجاد پروفیل دوبعدی، هندسه سهبعدی نازل معمولاً با یکی از روشهای زیر ساخته میشود:
- دوران (Revolve) حول محور مرکزی
- جاروب (Sweep) در امتداد مسیر مستقیم
روش Revolve برای نازلهای با تقارن محوری متداولتر است و هندسهای یکنواخت ایجاد میکند.
آمادهسازی حجم سیال برای مشبندی
در این مرحله حجم سهبعدی سیال بررسی میشود تا:
- یکپارچگی سطوح تأیید گردد
- هیچ سطح یا لبه باز وجود نداشته باشد
- ورودی و خروجی بهوضوح مشخص باشند
حجم بدون نقص، شرط لازم برای تولید مش پایدار و با کیفیت است.
انتخاب نوع مش برای نازل سهبعدی
در نازلهای سهبعدی، رایجترین انواع مش عبارتاند از:
- مش هگزاهدرال سازمانیافته
- مش جاروبی (Sweep Mesh)
- در موارد پیچیده، مش ترکیبی
مش Structured به دلیل دقت بالا در راستای جریان، معمولاً گزینه اول در تحلیل نازلها است.
مشبندی سطح مقطع نازل
ابتدا سطح مقطع ورودی نازل مشبندی میشود. برای دستیابی به مش سازمانیافته:
- سطح مقطع به نواحی چهارضلعی تقسیم میگردد
- تعداد تقسیمات روی لبهها بهصورت متقارن تعریف میشود
کیفیت این مش پایه، کیفیت کل مش سهبعدی را تعیین میکند.
تولید مش سهبعدی به روش Sweep
پس از مشبندی سطح مقطع، مش دوبعدی در امتداد طول نازل جاروب میشود. این روش باعث:
- یکنواختی مش در راستای جریان
- کنترل بهتر تعداد سلولها
- بهبود همگرایی حل
میشود.
کنترل ریزشدگی مش در نواحی حساس
در ناحیه گلوگاه و بخشهای با گرادیان شدید:
- مش باید ریزتر شود
- تغییر اندازه سلولها تدریجی انجام شود
این کار دقت پیشبینی عدد ماخ و فشار را افزایش میدهد.
بررسی کیفیت مش سهبعدی
پس از تولید مش، شاخصهای کیفی مانند:
- Skewness
- Aspect Ratio
- Orthogonality
باید بررسی شوند. کیفیت پایین مش در نازل سهبعدی میتواند باعث ناپایداری حل شود.
تعریف نواحی مرزی نازل
در پایان مرحله پیشپردازش، نواحی مرزی شامل:
- ورودی (Inlet)
- خروجی (Outlet)
- دیوارهها (Wall)
بهصورت دقیق تعریف میشوند تا مدل آماده انتقال به حلگرهایی مانند Fluent گردد.
خطاهای رایج در مشبندی نازل سهبعدی
برخی از خطاهای متداول عبارتاند از:
- مش نامنظم در ناحیه گلوگاه
- تقسیمبندی نامناسب سطح مقطع
- تغییر ناگهانی اندازه سلولها
- کیفیت پایین مش در نواحی انحنادار
توجه به این موارد باعث کاهش زمان اصلاح و افزایش دقت نتایج میشود.
جمعبندی
ایجاد هندسه و مشبندی یک نازل سهبعدی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT) از مباحث مهم در آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت بهشمار میرود. با ترسیم دقیق پروفیل، استفاده از روش Revolve یا Sweep و اعمال مش سازمانیافته و کنترلشده، میتوان شبیهسازی CFD دقیق و قابل اعتمادی از جریان در نازلهای سهبعدی انجام داد.
کلیدواژه ها : ایجاد هندسه نازل سهبعدی در گمبیت - مشبندی نازل سهبعدی - Structured Mesh in GAMBIT - ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت - مش هگزاهدرال نازل - 3D Nozzle Meshing - GAMBIT Software
