Lid-Driven Cavity Flow یکی از مسائل پایه و کلاسیک در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که برای بررسی جریان‌های اندرکنشی و آزمون صحت روش‌های عددی کاربرد دارد. در این مسئله، سیال در یک حفره مربعی یا مکعبی محصور شده است و حرکت جریان تنها به دلیل حرکت یک دیوار بالایی (lid) ایجاد می‌شود که به عنوان یک مرز متحرک تعریف می‌شود. در این آموزش، مراحل کامل شبیه‌سازی جریان Lid-Driven Cavity در ANSYS Fluent به صورت قدم‌به‌قدم توضیح داده می‌شود.

۱. آماده‌سازی هندسه و مش

  • هندسه: معمولاً یک حفره مربعی دوبعدی با ابعاد واحد (مثلاً 1m×1m) استفاده می‌شود.
  • مش: مش‌بندی منظم و یکنواخت (structured mesh) با تعداد سلول مناسب (مثلاً 100×100) برای دقت کافی پیشنهاد می‌شود. اندازه سلول‌ها در دیواره متحرک باید کوچک‌تر باشد تا گرادیان‌های سرعت به خوبی حل شوند.

۲. ورود به ANSYS Fluent و بارگذاری مش

  • فایل مش را در Fluent بارگذاری کنید.
  • بررسی صحت مش با ابزارهای Fluent (Quality Check, Skewness, Orthogonality).

۳. تنظیمات حلگر (Solver)

  • نوع حلگر: Pressure-Based Solver (برای جریان تراکم‌ناپذیر)
  • حالت حل: Steady (پایا)
  • ابعاد: 2D
  • نوع جریان: Laminar (جریان آرام)، مگر آنکه رینولدز بالا باشد که در آن صورت مدل توربولانس انتخاب شود.
  • گرانش را غیرفعال کنید مگر مسئله هدف خاصی داشته باشد.

۴. تعریف مواد

  • ماده: آب یا هوا (بسته به مسئله) با خواص پیش‌فرض یا تعریف شده.
  • چگالی و ویسکوزیته سیال را مطابق واقعیت یا شرایط مسئله تنظیم کنید.

۵. تنظیم شرایط مرزی (Boundary Conditions)

  • Top Lid (دیوار بالا):
    • نوع مرز: Wall
    • سرعت مرز: Velocity Boundary Condition
    • سرعت طبق جهت افقی و مقدار دلخواه (مثلاً 1 m/s) تعریف شود.
    • شرط No-slip برای دیواره فعال باشد.
  • سایر دیوارها (Sides & Bottom):
    • نوع مرز: Wall
    • سرعت ثابت = 0 (No-slip condition)

۶. مقداردهی اولیه حل (Initialization)

  • مقداردهی اولیه سریع با Initialization استاندارد از کل دامنه کمک می‌کند حل سریع‌تر همگرا شود.

۷. تنظیمات کنترل حل و همگرایی

  • تنظیم Residual ها برای سرعت و فشار (مثلاً 1e-6)
  • تنظیم Relaxation Factors برای پایدارسازی حل اگر لازم باشد.
  • تعداد گام‌های حل را تعیین کنید (مانند 5000 یا بیشتر).

۸. اجرای حل و بررسی نتایج

  • حل مسئله را اجرا کنید.
  • مانیتور کردن پارامترهای مهم مانند Residuals، نیروها، مقادیر سرعت در نقاط مشخص.
  • پس از همگرایی، به مشاهده خطوط جریان (Streamlines)، توزیع سرعت و فشار بپردازید.
  • بررسی پروفیل سرعت در میانه حفره، که به عنوان پارامتر مقایسه‌ای معتبر در مسائل Lid-Driven شناخته شده است.

۹. تحلیل نتایج و گزارش‌گیری

  • استخراج داده‌های عددی، نمودار پروفیل سرعت U و V در مرکز حفره.
  • مقایسه با نتایج مرجع (مانند نتایج تجربی یا عددی موجود در مقالات) برای اعتبارسنجی شبیه‌سازی.
  • ترسیم نقشه خطوط جریان و سرعت جهت ارائه گزارش.

جمع‌بندی

شبیه‌سازی جریان Lid-Driven Cavity در ANSYS Fluent یک مسئله آموزشی کلیدی در CFD است که مفاهیم پایه‌ای مانند تنظیم شرایط مرزی دیوار متحرک، مقداردهی اولیه، تنظیمات کنترل حل و تحلیل نتایج را تقویت می‌کند. با رعایت مراحل فوق می‌توانید این شبیه‌سازی را به درستی انجام دهید و مهارت خود در زمینه شبیه‌سازی جریان‌های داخلی را ارتقاء دهید.

کلیدواژه ها : lid-driven cavity flow-Ansys Fluent cavity flow simulation-شبیه‌سازی جریان در حفره مربعی-Fluent lid-driven cavity tutorial-تعریف دیوار متحرک در Fluent-moving wall boundary-Ansys Fluent laminar cavity flow-تنظیم شرط دیوار با سرعت متحرک-Fluent moving lid velocity setup-بررسی خطوط جریان و پروفیل سرعت-Fluent streamline and velocity profile-اجرای حل steady laminar cavity flow-همگرایی حل در شبیه سازی جریان حفره-Residual monitoring cavity flow-مقایسه نتایج CFD و تجربی حفره-Fluent cavity flow validation