نرم‌افزار ANSYS ICEM CFD یکی از قدرتمندترین ابزارها برای تولید مش‌های باکیفیت در شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی است. یکی از روش‌های مهم برای ایجاد مش‌های دقیق و منظم در این نرم‌افزار استفاده از Block Mesh یا همان روش بلاکی است. در این روش ابتدا دامنه محاسباتی به مجموعه‌ای از بلوک‌های منظم تقسیم می‌شود و سپس شبکه ساخت‌یافته روی این بلوک‌ها ایجاد می‌گردد. این روش به دلیل کنترل بالا روی کیفیت سلول‌ها، در بسیاری از مسائل مهندسی مانند شبیه‌سازی جریان در کانال‌ها، توربوماشین‌ها و آیرودینامیک کاربرد گسترده‌ای دارد.

در این آموزش با مفهوم Block Mesh در ICEM CFD، نحوه تنظیم توپولوژی و مراحل ایجاد یک شبکه ساخت‌یافته آشنا می‌شویم.

مفهوم Block Mesh در ICEM CFD

در روش Block Mesh دامنه هندسی ابتدا توسط بلوک‌های هندسی ساده مانند مکعب‌ها یا منشورها پوشش داده می‌شود. این بلوک‌ها ساختار پایه‌ای شبکه را تشکیل می‌دهند. پس از ایجاد بلوک‌ها، تعداد تقسیمات در هر جهت تعیین می‌شود تا شبکه ساخت‌یافته تولید شود.

در این روش هر بلوک شامل سه جهت اصلی i ، j و k است که با تعیین تعداد گره‌ها در این جهات می‌توان چگالی مش را کنترل کرد. مزیت اصلی این روش آن است که سلول‌ها معمولاً از نوع هگزا (Hexahedral) هستند که دقت عددی بالاتری نسبت به سلول‌های تتراهدرال دارند.

اهمیت توپولوژی در تولید شبکه ساخت‌یافته

توپولوژی در ICEM CFD به نحوه ارتباط بلوک‌ها با یکدیگر و با هندسه اصلی گفته می‌شود. اگر توپولوژی به درستی تعریف نشود، شبکه تولید شده کیفیت مناسبی نخواهد داشت یا ممکن است در حل عددی مشکل ایجاد شود.

تنظیم توپولوژی مناسب باعث می‌شود:

• سلول‌ها نظم و یکنواختی داشته باشند

• نسبت ابعادی سلول‌ها کنترل شود

• همگرایی حل بهتر انجام شود

• کیفیت شبکه در نزدیکی دیواره‌ها بهبود پیدا کند

به همین دلیل قبل از شروع فرآیند مش‌زنی باید ساختار بلوک‌ها و نحوه اتصال آن‌ها به هندسه به دقت طراحی شود.

مراحل ایجاد Block Mesh در ICEM CFD

برای ایجاد شبکه ساخت‌یافته در ICEM CFD معمولاً مراحل زیر انجام می‌شود.

وارد کردن هندسه

ابتدا مدل هندسی از نرم‌افزارهای CAD یا سایر ابزارهای طراحی وارد ICEM CFD می‌شود. پس از وارد کردن مدل لازم است بررسی شود که هندسه بدون نقص باشد و سطوح یا لبه‌های اضافی در آن وجود نداشته باشد.

ایجاد بلوک اولیه

در این مرحله یک بلوک بزرگ که کل دامنه محاسباتی را پوشش می‌دهد ایجاد می‌شود. این بلوک پایه‌ای برای تعریف سایر بلوک‌ها خواهد بود.

تقسیم بلوک‌ها

برای تطبیق بهتر شبکه با هندسه واقعی، بلوک اولیه به بلوک‌های کوچکتر تقسیم می‌شود. این کار با استفاده از ابزار Split Block انجام می‌شود. هدف از این مرحله ایجاد ساختاری است که بتواند شکل هندسه را به خوبی دنبال کند.

ارتباط دادن بلوک‌ها با هندسه

پس از ایجاد بلوک‌ها باید رئوس، لبه‌ها و سطوح بلوک‌ها به هندسه اصلی متصل شوند. این کار با عملیات Associate انجام می‌شود. در این مرحله نقاط بلوک به نقاط هندسی و لبه‌های بلوک به منحنی‌های هندسه متصل می‌شوند تا شبکه دقیقاً روی هندسه قرار گیرد.

تعیین تعداد المان‌ها

در این مرحله تعداد تقسیمات در هر جهت بلوک مشخص می‌شود. با افزایش تعداد تقسیمات می‌توان دقت شبکه را بیشتر کرد. همچنین می‌توان توزیع گره‌ها را در طول لبه‌ها تنظیم کرد تا در نواحی حساس مانند نزدیک دیواره‌ها شبکه ریزتر شود.

بررسی کیفیت شبکه

پس از ایجاد شبکه باید معیارهای کیفیت مانند Skewness ، Aspect Ratio و Orthogonality بررسی شوند. اگر کیفیت شبکه مناسب نباشد می‌توان با تغییر توپولوژی بلوک‌ها یا تنظیم مجدد تقسیمات آن را بهبود داد.

نکات مهم در تنظیم توپولوژی

برای تولید یک شبکه ساخت‌یافته با کیفیت بالا رعایت چند نکته اهمیت زیادی دارد.

اول اینکه ساختار بلوک‌ها باید تا حد امکان ساده باشد. پیچیدگی بیش از حد در توپولوژی می‌تواند باعث کاهش کیفیت مش شود.

دوم اینکه جریان اصلی سیال در یکی از جهات اصلی شبکه قرار گیرد. این کار باعث افزایش دقت حل عددی می‌شود.

همچنین در نواحی نزدیک دیواره‌ها بهتر است از توزیع غیر یکنواخت شبکه استفاده شود تا لایه مرزی با دقت بیشتری مدل شود.

مزایای استفاده از Block Mesh

روش Block Mesh نسبت به بسیاری از روش‌های دیگر مش‌زنی مزایای قابل توجهی دارد. مهم‌ترین مزیت آن تولید سلول‌های هگزا با کیفیت بالا است که در حل‌های CFD عملکرد بسیار خوبی دارند. علاوه بر این امکان کنترل دقیق اندازه و جهت شبکه وجود دارد و می‌توان ساختار مش را متناسب با ویژگی‌های فیزیکی مسئله طراحی کرد.

جمع‌بندی

استفاده از Block Mesh در ANSYS ICEM CFD یکی از بهترین روش‌ها برای تولید شبکه‌های ساخت‌یافته با کیفیت بالا است. در این روش با طراحی صحیح توپولوژی بلوک‌ها می‌توان شبکه‌ای منظم، دقیق و مناسب برای شبیه‌سازی‌های CFD ایجاد کرد. شناخت صحیح مراحل ایجاد بلوک، تنظیم تقسیمات و کنترل کیفیت شبکه نقش مهمی در موفقیت شبیه‌سازی دارد و می‌تواند تاثیر مستقیمی بر دقت نتایج عددی داشته باشد.

کلیدواژه ها : Block Mesh در ICEM CFD-آموزش Block Mesh در ICEM CFD-Structured Mesh در ICEM CFD-شبکه ساخت‌یافته در ICEM CFD-تنظیم توپولوژی در ICEM CFD-Block Topology در ICEM CFD-آموزش تولید مش هگزا در ICEM CFD-Hexahedral Mesh در ICEM CFD-مش ساخت‌یافته CFD-ANSYS ICEM CFD meshing-Structured grid generation-ICEM CFD blocking tutorial-CFD mesh topology-آموزش مش بندی در ICEM CFD-Structured hexa mesh generation