تولید هندسه و مشبندی در یک لوله مارپیچ در نرمافزار گمبیت (GAMBIT)
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مثالهای مهم و پرکاربرد، مدلسازی و مشبندی لوله مارپیچ است. لولههای مارپیچ بهطور گسترده در مبدلهای حرارتی، سیستمهای انتقال سیال و تجهیزات فرآیندی استفاده میشوند و شبیهسازی آنها در CFD نیازمند هندسه دقیق و مش مناسب است.
در این محتوا، تولید هندسه و مشبندی در یک لوله مارپیچ در نرمافزار گمبیت بهصورت گامبهگام و مفهومی شرح داده میشود.
اهمیت شبیهسازی لوله مارپیچ در CFD
جریان سیال در لولههای مارپیچ دارای ویژگیهای خاصی مانند جریانهای ثانویه و عدد دین (Dean Number) است که بر افت فشار و انتقال حرارت اثر میگذارند. برای پیشبینی صحیح این پدیدهها، ایجاد هندسه و مش با کیفیت بالا ضروری است.
به همین دلیل، مرحله پیشپردازش در گمبیت نقش تعیینکنندهای در دقت نتایج شبیهسازی دارد.
رویکرد کلی در ایجاد هندسه لوله مارپیچ
در گمبیت، ترسیم مستقیم لوله مارپیچ نسبت به هندسههای ساده پیچیدهتر است. معمولاً از روش Sweep استفاده میشود که طی آن:
- مسیر مارپیچ بهصورت یک خط سهبعدی تعریف میشود
- مقطع لوله (دایره یا بیضی) ترسیم میگردد
- مقطع در امتداد مسیر جاروب میشود
این روش کنترل مناسبی بر شکل نهایی لوله فراهم میکند.
تعریف مسیر مارپیچ در گمبیت
مسیر مارپیچ معمولاً بر اساس پارامترهایی مانند:
- شعاع مارپیچ
- گام مارپیچ (Pitch)
- تعداد دورها
ایجاد میشود. دقت در تعریف این مسیر باعث یکنواختی ضخامت و جلوگیری از اعوجاج هندسه خواهد شد.
ایجاد مقطع لوله و تولید حجم سهبعدی
پس از تعریف مسیر، مقطع لوله بهصورت یک دایره ایجاد میشود. این مقطع باید در صفحهای عمود بر ابتدای مسیر قرار گیرد.
با اجرای دستور Sweep، حجم سهبعدی لوله مارپیچ تشکیل میشود و هندسه آماده ورود به مرحله مشبندی خواهد بود.
آمادهسازی هندسه برای مشبندی
پیش از تولید مش، بررسی هندسه بسیار مهم است. در این مرحله باید:
- پیوستگی سطوح کنترل شود
- Volume بدون نقص تعریف گردد
- ورودی و خروجی لوله مشخص شوند
هندسه بدون ایراد، شرط لازم برای تولید مش منظم و پایدار است.
انتخاب نوع مش برای لوله مارپیچ
در اغلب تحلیلها، استفاده از مش هگزاهدرال یا Structured در لولهها ترجیح داده میشود، زیرا:
- دقت بالاتری در جهت جریان دارد
- افت فشار دقیقتری محاسبه میشود
- همگرایی حل بهبود مییابد
در گمبیت، این نوع مش معمولاً با مشبندی جاروبی (Sweep Meshing) ایجاد میشود.
کنترل ریزشدگی مش در امتداد مسیر مارپیچ
بهدلیل تغییر جهت جریان در لوله مارپیچ، لازم است:
- مش در امتداد مسیر یکنواخت باشد
- تعداد سلولها در طول هر دور مارپیچ کافی باشد
- تغییر اندازه سلولها تدریجی انجام شود
این کنترلها از ایجاد سلولهای بدشکل جلوگیری میکنند.
بررسی کیفیت مش تولیدشده
پس از تولید مش، شاخصهای کیفی مانند:
- Skewness
- Aspect Ratio
- Orthogonality
باید بررسی شوند. کیفیت ضعیف مش بهطور مستقیم بر دقت عددی نتایج اثر منفی میگذارد.
تعریف شرطهای مرزی در ورودی و خروجی لوله
در پایان مرحله پیشپردازش، سطوح ورودی و خروجی مشخص شده و برای استفاده در نرمافزار حلگر مانند Fluent تعریف میشوند.
تعریف صحیح این سطوح، انتقال بینقص مدل از گمبیت به حلگر را تضمین میکند.
خطاهای رایج در مشبندی لوله مارپیچ
در حین تولید هندسه و مش، برخی خطاهای متداول عبارتاند از:
- ناپیوستگی مسیر مارپیچ
- انتخاب نامناسب تعداد سلولها در امتداد لوله
- استفاده از مش تتراهدرال خشن در مسائل با دقت بالا
- افت کیفیت مش در نواحی انحنادار
شناخت این خطاها موجب کاهش زمان اصلاح مدل میشود.
جمعبندی
تولید هندسه و مشبندی در یک لوله مارپیچ در نرمافزار گمبیت (GAMBIT) یکی از مثالهای پیشرفته در مجموعه ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت است. با ایجاد مسیر دقیق، استفاده از مش جاروبی و کنترل کیفیت سلولها، میتوان شبیهسازی دقیقی از جریان در لولههای مارپیچ انجام داد و به نتایج قابل اعتماد دست یافت.
کلیدواژه ها : تولید هندسه لوله مارپیچ در گمبیت - مشبندی لوله مارپیچ - Helical Pipe Meshing - ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت - Sweep Meshing in GAMBIT - CFD لوله مارپیچ - GAMBIT Software
