تولید هندسه و مشبندی بهصورت سازمانیافته در یک نازل دوبعدی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT)
در مجموعه آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت، یکی از مثالهای پایه اما بسیار مهم، تولید هندسه و مشبندی سازمانیافته در یک نازل دوبعدی است. نازلهای دوبعدی بهطور گسترده در تحلیل جریانهای تراکمپذیر، مافوق صوت و زیرصوت مورد استفاده قرار میگیرند و دقت شبیهسازی آنها بهطور مستقیم به کیفیت هندسه و مش Structured وابسته است.
در این محتوا، تولید هندسه و مشبندی بهصورت سازمانیافته در یک نازل دوبعدی در نرمافزار گمبیت بهصورت مرحلهبهمرحله و آموزشی توضیح داده میشود.
اهمیت استفاده از مش سازمانیافته در نازل دوبعدی
در نازلها، تغییرات فشار، سرعت و عدد ماخ عمدتاً در امتداد محور جریان رخ میدهد. به همین دلیل:
- مش سازمانیافته دقت بالاتری در راستای جریان فراهم میکند
- افت عددی (Numerical Diffusion) کاهش مییابد
- همگرایی حل سریعتر و پایدارتر میشود
به همین علت، مش Structured انتخاب اصلی برای تحلیل نازلها محسوب میشود.
تعریف هندسه نازل دوبعدی در گمبیت
مدلسازی نازل دوبعدی معمولاً شامل بخشهای زیر است:
- ورودی نازل
- ناحیه همگرا
- گلوگاه
- ناحیه واگرا
- خروجی نازل
این هندسه بهصورت دوبعدی و بر پایه خطوط و سطوح در محیط CAD گمبیت ترسیم میشود.
ترسیم پروفیل نازل
در گام اول، شکل نازل بهصورت یک پروفیل دوبعدی تعریف میگردد. این پروفیل میتواند بر اساس:
- روابط تحلیلی
- دادههای تجربی
- یا منحنیهای ترسیمی
ایجاد شود. دقت در ترسیم پروفیل نازل، نقش کلیدی در کیفیت نهایی مش دارد.
ایجاد سطح دوبعدی سیال
پس از ترسیم خطوط مرزی نازل، سطح دوبعدی سیال ساخته میشود. این سطح نشاندهنده ناحیهای است که جریان در آن حل خواهد شد.
در این مرحله باید از بسته بودن کامل خطوط و عدم وجود شکاف در هندسه اطمینان حاصل شود.
آمادهسازی هندسه برای مش سازمانیافته
برای تولید مش سازمانیافته، لازم است هندسه بهصورت منطقی به نواحی کوچکتر تقسیم شود. این کار معمولاً با:
- تقسیم نازل به بلوکهای چهارضلعی
- ایجاد خطوط کنترلی در نواحی همگرا و واگرا
انجام میشود.
این تقسیمبندی امکان تولید مش Structured با کیفیت یکنواخت را فراهم میکند.
تعریف تعداد تقسیمات المانها روی خطوط
در گام بعد، تعداد سلولها روی هر خط مرزی مشخص میشود. در نازل دوبعدی:
- در راستای محور جریان، تقسیمات بیشتر
- در راستای عمود بر جریان، تقسیمات کمتر اما منظم
در نظر گرفته میشود.
انتخاب صحیح تعداد المانها تأثیر مستقیمی بر دقت و هزینه محاسباتی دارد.
تولید مش سازمانیافته (Structured Mesh)
پس از تنظیم تقسیمات خطوط، مش سازمانیافته روی سطوح دوبعدی تولید میشود. در گمبیت، این نوع مش بهصورت چهارضلعی (Quad Mesh) ایجاد میگردد.
در ناحیه گلوگاه و مناطق با گرادیان شدید، ریزشدگی مش بیشتر اعمال میشود.
کنترل تدریجی تغییر اندازه سلولها
برای جلوگیری از ناپایداری عددی، تغییر اندازه سلولها باید بهصورت تدریجی انجام شود. در گمبیت، این کار با تنظیم پارامترهای Growth Rate امکانپذیر است.
مش با تغییر اندازه نامنظم میتواند باعث واگرایی حل در نرمافزار Fluent شود.
بررسی کیفیت مش تولیدشده
پس از تولید مش، کیفیت سلولها باید از نظر:
- Orthogonality
- Aspect Ratio
- Skewness
بررسی شود. در مش سازمانیافته نازل، این شاخصها معمولاً در حد مطلوب قرار میگیرند.
تعریف نواحی مرزی نازل
در پایان مرحله پیشپردازش، مرزهای:
- ورودی
- خروجی
- دیوارهها
بهطور مشخص تعریف شده و برای حلگر آماده میشوند. تعریف صحیح مرزها شرط ضروری انتقال دقیق مدل به Fluent است.
خطاهای رایج در مشبندی نازل دوبعدی
در فرآیند تولید هندسه و مش، خطاهای متداول شامل:
- تقسیمبندی نامناسب بلوکها
- ریز نبودن مش در ناحیه گلوگاه
- تغییر ناگهانی اندازه سلولها
- تعریف نادرست خطوط مرزی
میشوند که باید از آنها اجتناب کرد.
جمعبندی
تولید هندسه و مشبندی بهصورت سازمانیافته در یک نازل دوبعدی در نرمافزار گمبیت (GAMBIT) یکی از مهمترین مباحث در آموزشهای ترسیم هندسههای متفاوت و مشبندی در گمبیت است. با طراحی صحیح پروفیل نازل، تقسیمبندی اصولی هندسه و استفاده از مش Structured، میتوان شبیهسازی دقیق و پایداری از جریان در نازل بهدست آورد.
کلیدواژه ها : تولید هندسه نازل دوبعدی در گمبیت - مشبندی سازمانیافته در نازل - Structured Mesh in GAMBIT - ترسیم هندسههای متفاوت در گمبیت - مشبندی نازل دوبعدی - 2D Nozzle Meshing - GAMBIT Software
