ایجاد هندسه مکعب و مشبندی
این مرحله، سنگ بنای هر شبیهسازی CFD است. کیفیت هندسه و مشبندی تأثیر مستقیمی بر دقت و همگرایی نتایج دارد.
1. ایجاد هندسه (Geometry Creation)
- هدف: تعریف دقیق فضای سیال (مکعب) که قرار است جریان و انتقال حرارت در آن شبیهسازی شود.
- نرمافزار: از ابزارهای مدلسازی هندسی ANSYS مانند DesignModeler یا SpaceClaim استفاده کنید. این نرمافزارها امکان ایجاد هندسههای سهبعدی را به سادگی فراهم میکنند.
- مراحل:
- ایجاد مکعب پایه: یک مکعب سهبعدی ساده با ابعاد مشخص (مثلاً 1x1x1 متر) ایجاد کنید.
- نامگذاری سطوح (Named Selections): این گام بسیار حیاتی است. هر یک از 6 سطح مکعب (دیوارهها) باید به طور جداگانه نامگذاری شوند. این نامگذاریها به شما امکان میدهند تا در مراحل بعدی (در Fluent) شرایط مرزی خاصی را به هر دیواره اختصاص دهید.
- مثال:
- دیوارهای که قرار است گرم باشد:
hot_wall - دیوارهای که قرار است سرد باشد:
cold_wall - دیوارههای دیگر که عایق هستند:
adiabatic_wall_1,adiabatic_wall_2,adiabatic_wall_3,adiabatic_wall_4(یا گروهبندی آنها به عنوانadiabatic_walls). - نکته مهم: دقت در نامگذاری و اطمینان از انتخاب صحیح هر سطح، از بروز خطاهای رایج در مرحله اعمال شرایط مرزی جلوگیری میکند.
2. مشبندی (Meshing)
- هدف: تقسیمبندی فضای سیال به عناصر کوچکتر (سلولها) که معادلات حاکم بر آنها حل میشوند.
- نرمافزار: ماژول ANSYS Meshing که به طور یکپارچه با Workbench عمل میکند.
- اصول مشبندی برای جابجایی طبیعی و تشعشع:
- نوع مش:
- مشهای ساختاریافته (Structured Mesh - Hexahedral): در هندسههای ساده مانند مکعب، مشهای هگزا (مکعبی) بهترین کیفیت را ارائه میدهند. این مشها دقت بالا و خطای عددی کمتری دارند.
- مشهای غیرساختاریافته (Unstructured Mesh - Tetrahedral/Polyhedral): اگر هندسه پیچیدهتر بود، میتوان از مشهای تترا (هرمی) یا پلیهگزا (چندوجهی) استفاده کرد. اما حتی در این صورت، تلاش کنید تا در بخشهای حساس، مشبندی را بهینه کنید.
- تراکم مش (Mesh Density):
- نزدیک دیوارهها: برای حل دقیق لایههای مرزی حرارتی و جریانی (که در پدیدههای جابجایی طبیعی بسیار مهم هستند)، باید تراکم مش در نزدیکی تمام دیوارهها به طور قابل توجهی بیشتر باشد.
- فضای داخلی: در مرکز مکعب، جایی که گرادیانها کمتر هستند، میتوان از مشهای درشتتر استفاده کرد تا زمان محاسبات کاهش یابد.
- لایههای مرزی یا لایههای تورمی (Boundary Layers / Inflation Layers):
- ضرورت: این لایهها حیاتیترین بخش مشبندی برای شبیهسازی جابجایی طبیعی و هر نوع جریان ویسکوز در نزدیکی دیوارهها هستند.
- عملکرد: لایههای مرزی، سلولهای بسیار نازکی هستند که عمود بر دیوارهها چیده میشوند. این سلولهای کوچک، گرادیانهای شدید سرعت و دما را که در ناحیه نزدیک دیوارهها رخ میدهند، با دقت بالایی به تصویر میکشند.
- پارامترها: هنگام ایجاد لایههای تورمی، پارامترهایی مانند First Layer Height (ارتفاع اولین لایه) و Growth Rate (نرخ رشد) را باید با دقت تنظیم کرد. ارتفاع اولین لایه باید به گونهای انتخاب شود که عدد
y+(یاy*برای مسائل انتقال حرارت) در محدوده مناسب برای مدل آشفتگی (در صورت استفاده) یا برای حل مستقیم لایه مرزی آرام باشد.
- کیفیت مش (Mesh Quality):
- بررسی متریکها: پس از مشبندی، حتماً متریکهای کیفیت مش مانند Skewness (اعوجاج) و Orthogonal Quality (کیفیت متعامد) را بررسی کنید.
- مقادیر قابل قبول:
- Skewness: باید تا حد امکان به 0 نزدیک باشد. مقادیر بالای 0.8-0.9 میتواند منجر به خطاهای عددی یا عدم همگرایی شود.
- Orthogonal Quality: باید تا حد امکان به 1 نزدیک باشد. مقادیر پایین 0.1-0.15 مشکلساز هستند.
- بهبود: در صورت کیفیت پایین، باید مشبندی را اصلاح کنید؛ مثلاً با استفاده از ابزارهای refinement (ریز کردن مش) محلی یا تغییر در روشهای مشبندی.
با رعایت دقیق این مراحل، یک هندسه مناسب و یک مش با کیفیت برای شروع شبیهسازی در ANSYS Fluent خواهید داشت که زمینه را برای نتایج دقیق و پایدار فراهم میکند.
کلیدواژه ها : هندسه مکعب- Cube Geometry- مشبندی- Meshing- ANSYS DesignModeler- ANSYS SpaceClaim- Named Selections- نامگذاری سطوح- hot_wall- cold_wall- adiabatic_walls- Structured Mesh- مش ساختاریافته- Hexahedral Mesh- مش هگزا- Unstructured Mesh- مش غیرساختاریافته- Tetrahedral Mesh- Polyhedral Mesh- تراکم مش- Mesh Density- لایههای مرزی- Boundary Layers- Inflation Layers- لایههای تورمی- First Layer Height- ارتفاع اولین لایه- Growth Rate- نرخ رشد- y± y_plus- کیفیت مش- Mesh Quality- Skewness- اعوجاج- Orthogonal Quality- کیفیت متعامد- Mesh Refinement- ریز کردن مش.
