ایجاد مش ساختاریافته برای هندسهی انبساط ناگهانی در ICEM
۱. معرفی پدیدهی انبساط ناگهانی و اهمیت آن در CFD
انبساط ناگهانی یکی از هندسههای مرجع و پرکاربرد در تحلیل جریانهای داخلی به شمار میرود که در آن سطح مقطع کانال یا لوله بهطور ناگهانی افزایش مییابد. این تغییر هندسی موجب جدایش جریان، تشکیل نواحی بازچرخش و افت فشار قابل توجه میشود. به همین دلیل، انبساط ناگهانی بهعنوان یک مسئلهی استاندارد برای بررسی دقت مش و توانایی مدلهای عددی در بازتولید پدیدههای جریان مورد استفاده قرار میگیرد.
۲. تعریف هندسه و دامنه محاسباتی
هندسهی انبساط ناگهانی معمولاً شامل یک کانال ورودی باریک و یک کانال خروجی پهنتر است که توسط یک ناحیهی تغییر ناگهانی مقطع به یکدیگر متصل میشوند. طول بخش ورودی و خروجی بهگونهای انتخاب میشود که توسعهی کامل جریان قبل و بعد از ناحیهی انبساط تضمین گردد. تعریف دقیق گوشههای انبساط و همراستایی دیوارهها، پایهی تولید یک مش ساختاریافتهی باکیفیت را تشکیل میدهد.
۳. مفهوم مش ساختاریافته در هندسهی انبساط ناگهانی
مش ساختاریافته در این نوع هندسه معمولاً از المانهای منظم چهارضلعی در حالت دوبعدی یا هگزاhedral در حالت سهبعدی تشکیل میشود. این ساختار شبکه امکان همراستاسازی خطوط مش با مسیر جریان را فراهم میکند و موجب بهبود دقت عددی در پیشبینی جدایش و بازچرخش جریان میگردد. انتخاب مش ساختاریافته برای چنین هندسهای، بهویژه در مطالعات پارامتری، مزیت قابل توجهی دارد.
۴. بلوکبندی و سازماندهی توپولوژی دامنه
در ICEM، دامنه محاسباتی به چند بلوک منظم تقسیم میشود که ناحیهی ورودی، قسمت انبساط و بخش خروجی را پوشش میدهند. در محل انبساط، بلوکها بهگونهای سازماندهی میشوند که شکست توپولوژی به حداقل برسد و پیوستگی مش حفظ شود. استفاده از بلوکبندی منطقی در این ناحیه، مانع ایجاد المانهای بدشکل در گوشههای انبساط میشود.
۵. کنترل تراکم مش در ناحیهی جدایش جریان
ناحیهی بلافاصله پس از انبساط محل تشکیل گردابهها و بازچرخش جریان است و به همین دلیل نیازمند تراکم مش بالاتری میباشد. توزیع المانها در این بخش بهصورت تدریجی تنظیم میشود تا تغییرات شدید میدان سرعت و فشار با دقت مناسب ثبت گردد. افزایش بیش از حد تراکم مش، بدون برنامهریزی مناسب، میتواند هزینه محاسباتی را بالا ببرد؛ لذا تعادل بین دقت و کارایی اهمیت ویژهای دارد.
۶. بررسی کیفیت مش و پایداری عددی
پس از تولید مش، کیفیت شبکه از نظر یکنواختی، تعامد و اعوجاج المانها بررسی میشود. گوشههای ناحیهی انبساط از حساسترین بخشهای دامنه به شمار میروند و افت کیفیت در این نقاط میتواند باعث ناپایداری حل عددی شود. اصلاح بلوکبندی یا توزیع مش در این مرحله، نقش کلیدی در افزایش همگرایی و اعتمادپذیری نتایج دارد.
۷. آمادهسازی مش برای شبیهسازی CFD
در گام نهایی، مرزهای فیزیکی شامل ورودی جریان، خروجی و دیوارههای کانال مشخص شده و مش ساختاریافته برای انتقال به حلگر آماده میشود. در این وضعیت، دامنه محاسباتی آمادهی بررسی پدیدههایی مانند طول ناحیه بازچرخش، افت فشار و توزیع تنش برشی دیوارهها خواهد بود. کیفیت مناسب مش نقش تعیینکنندهای در صحت تحلیل این پدیدهها ایفا میکند.
کلیدواژه ها : ICEM CFD-مشساختاریافته-انبساطناگهانی-جریانداخلی-Blocking-Quad Mesh-Hexa Mesh-جدایشجریان-بازچرخش-کنترلتراکممش-کیفیتمش-افتفشار-دامنهمحاسباتی-شبیهسازی CFD-انتقالمشبهFluent
