ایجاد مش ساختاریافته برای هندسهی لوله به همراه پرهی داخلی در ICEM
۱. تعریف مسئله و هدف مدلسازی
در بسیاری از کاربردهای مهندسی، پرههای داخلی درون لوله با هدف افزایش اختلاط سیال، بهبود انتقال حرارت یا کنترل الگوی جریان مورد استفاده قرار میگیرند. شبیهسازی عددی چنین پیکربندیهایی نیازمند هندسهای دقیق و مشی با کیفیت بالاست، زیرا حضور پره موجب ایجاد گرادیانهای شدید سرعت و فشار در داخل لوله میشود. در ICEM CFD، تمرکز اصلی بر ایجاد یک مش ساختاریافته است که بتواند هم تقارن لوله و هم اثرات هندسی پرهی داخلی را بهدرستی نمایش دهد.
۲. ایجاد هندسه سهبعدی لوله و پره
فرآیند مدلسازی با تعریف لوله بهعنوان یک حجم استوانهای آغاز میشود که محور آن در راستای جریان قرار دارد. پرهی داخلی بهصورت یک المان جامد باریک، معمولاً با هندسهی صفحهای یا مارپیچی، در داخل لوله قرار میگیرد. محل قرارگیری پره نسبت به محور لوله و طول مؤثر آن، بهگونهای انتخاب میشود که تداخل ناخواستهای با مرزهای ورودی و خروجی ایجاد نکند. دقت در همراستایی پره و لوله، شرط اساسی برای موفقیت در مراحل بعدی مشسازی است.
۳. آمادهسازی هندسه برای مش ساختاریافته
وجود پرهی داخلی باعث افزایش پیچیدگی توپولوژی دامنه محاسباتی میشود. در این مرحله، حجم داخلی لوله به نواحی منطقی تقسیم میگردد تا امکان نگاشت آنها به مشهای منظم فراهم شود. پره معمولاً بهعنوان یک مرز داخلی در نظر گرفته شده و حجم اطراف آن به بخشهایی با قابلیت بلوکبندی منظم تفکیک میشود. هدف اصلی، حفظ پیوستگی هندسی و جلوگیری از شکست ناگهانی توپولوژی در اطراف پره است.
۴. تعریف بلوکبندی (Blocking) و تطبیق با مرزهای داخلی
در ICEM، بلوکبندی بهگونهای انجام میشود که بلوکهای اصلی در راستای طول لوله امتداد داشته باشند و بلوکهای فرعی اطراف پره شکل گیرند. لبهها و سطوح بلوکها با دیوارهی لوله و سطح پره منطبق میشوند تا شکل واقعی هندسه در مش بازتاب یابد. در این مرحله، نحوهی اتصال بلوکها در محل برخورد پره با جریان اهمیت ویژهای دارد، زیرا این ناحیه مستعد ایجاد المانهای اعوجاجیافته است.
۵. تنظیم توزیع المانها و کنترل تراکم مش
پس از تثبیت بلوکها، توزیع گرهها در راستای محوری، شعاعی و اطراف لبههای پره تنظیم میشود. در نزدیکی سطح پره و دیوارهی لوله، تراکم مش افزایش مییابد تا اثرات لایه مرزی و تغییرات شدید میدان سرعت بهدقت ثبت شود. افزایش تدریجی اندازه المانها در فاصله گرفتن از پره، موجب تعادل بین دقت عددی و هزینه محاسباتی خواهد شد.
۶. ارزیابی کیفیت مش در نواحی بحرانی
مش نهایی از نظر کیفیت المانها، بهویژه در نواحی نزدیک به پره داخلی بررسی میشود. شاخصهایی مانند اعوجاج، کشیدگی و تعامد در این نواحی نقش تعیینکنندهای در پایداری حل عددی دارند. در صورت مشاهده افت کیفیت، اصلاح بلوکبندی یا بازتنظیم توزیع مش انجام میشود تا مشی پایدار و قابل اعتماد حاصل گردد.
۷. آمادهسازی مش برای شبیهسازی CFD
در مرحله پایانی، مرزهای فیزیکی شامل ورودی لوله، خروجی، دیوارهی داخلی لوله و سطح پره مشخص شده و مش ساختاریافته برای انتقال به حلگر آماده میشود. در این وضعیت، دامنه محاسباتی قابلیت شبیهسازی دقیق جریان، افت فشار و اثرات اختلاط ناشی از پره را داراست. کیفیت بالای مش ساختاریافته در این هندسه، نقش مهمی در افزایش دقت نتایج شبیهسازی ایفا میکند.
کلیدواژه ها : ICEM CFD-مشساختاریافته-هندسهلولهای-پرهداخلی-Blocking-Hexa Mesh-توپولوژیپیچیده-کنترلتراکممش-کیفیتمش-اعوجاج-لایهمرزی-اختلاطجریان-شبیهسازی CFD-انتقالمشبهFluent
