شبیه‌سازی جریان اطراف یک کره در FLUENT و ICEM-CFD- بخش۵

محاسبه ارتفاع اولین سلول مجاور دیواره

برای نشان‌‌دادن کامل رفتار لایه مرزی، کنترل ارتفاع اولین سلول مجاور دیواره ضروری است .

جزئیات و الزامات شبکه لایه مرزی آشفته در فصل مربوط به شبیه‌سازی جریان‌های آشفته، به تفصیل آورده شده‌است .

بسته به مدل آشفتگی و جزئیات مورد نیاز از لایه مرزی، ارتفاع مجاور دیواره متفاوت خواهد بود .

در اینجا هدف استفاده از مدل  k-ω sst با بهره‌گیری از Wall Function در فواصل بسیار نزدیک به دیواره (۳۰>y+) است .

نابراین می بایست y+ در مجاورت دیواره در حدود ۳۰ باشد.

قابل ذکر است y+ ایده‌آل برای مدل آشفتگی SST، اعدادی نزدیک به ۱ است، اما از آن‌جا که در این شبیه‌سازی، جزییاتی جریانی فواصل بسیار نزدیک به دیواره شامل زیرلایه آرام و لایه انتقالی مورد نظر نیست، می‌توان از اعداد بزرگتری در حدود ۳۰ نیز استفاده نمود.

ضریب رشد لایه مرزی (Expansion Coefficient) می‌بایست در محدوده ۱ تا ۱/۲ باشد. مقادیر بسیار نزدیک به ۱ موجب افزایش بی‌دلیل حجم شبکه و شبیه‌سازی خواهد شد و همچنین ممکن است مشکلاتی در تغییرات ملایم اندازه‌ سلول‌ها در حریم لایه مرزی با فضای اطراف نیز پیش آورد.

مقادیر بزرگتر از ۱/۲ نیز موجب کاهش دقت شبیه‌سازی در لایه‌ مرزی می‌گردد.

در حالت عادی می‌توان بدون هیچ نگرانی این ضریب را تا ۱/۲ افزایش داد. لیکن در مواقعی که محدودیتی از نظر حجم محاسبات وجود ندارد، استفاده از مقادیر کوچک‌تر نیز ممکن است.

در این پروژه، از ضریب رشد ۱/۱ استفاده شده است.

اندازه y+  علاوه بر وابستگی مستقیم به ارتفاع هندسی سلول مجاور سطح، تابعی است از تنش برشی دیواره، بنابراین تعیین میزان دقیق آن پیش از شروع شبیه‌سازی، مگر در موارد خاص امکان‌پذیر نیست.

می‌توان از تابع تقریبی زیر و با مشخص بودن عدد رینولدز و طول مشخصه، ارتفاع سلول را بر حسب بزرگی دلخواه y+   پیش از انجام شبیه‌سازی پیش‌بینی نمود.

که در آن L طول مشخصه است و برای کره همان قطر D خواهد بود.

با در نظر گرفتن ۶+۱e به عنوان رینولدز جریان از رابطه بالا داریم.

 

ارتفاع بدست آمده مربوط به اولین گره محاسباتی است.

نرم‌افزار FLUENT بر اساس مراکز سلولی (Cell Based) نوشته شده است، بنابراین می‌توان مقدار محاسبه شده در این رابطه را در ۲ ضرب نمود و به عنوان ارتفاع سلول در نظر گرفت.

حال با استفاده از مسیر زیر تنظیمات شبکه برای خطوط بلاک اعمال می شود.

Blocking ——> Pre- Mesh Params ——> Edge Params

 

  • خطوط زاویه دار سمت چپ و راست.

Nodes: 75

Copy parameters: Checked ——> To All Parallel Edges

  • خط عمودی

Nodes: 150

Mesh law: Bi-Geometric

Spacing 1: 5.0e-4

Ratio 1: 1.1

 

نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی

طراحی و پشتیبانی : آسان پرداز