تنظیمات حل‌گر در نرم‌افزار فلوئنت- بخش۵

در شرایط استفاده از حل‌گر چندشبکه‌ای که به صورت پیش‌فرض بر روی FLUENT و بسیاری دیگر از نرم‌افزارها فعال است، در روند حل و تکرارها، دائماً حل به سطوح مختلف شبکه منتقل انتقال داده شده و مجدداً به سطح دیگری منتقل می‌شود.

در نرم‌افزار FLUENT ، به جای انتقال مقادیر حل و متغیرها و همچنین معادله حاکم بر متغیرها به سطوح پایین‌تر، از انتقال معادله حاکم بر باقیمانده‌ها از بالا به پایین و انتقال مقادیر تصحیح از پایین به بالا استفاده می‌شود.

در این شرایط به نوعی، تصحیحاتی در سطوح درشت شبکه محاسبه می‌شود که با استفاده از آن‌ها، بتوان باقیمانده‌های حل در سطوح ریزتر شبکه را کاهش داد.

مسیر حل پی‌در‌پی بر روی سطوح مختلف شبکه، چرخه‌هایی را معرفی می‌کند که در نرم‌افزار FLUENT به چهار گروه V، W، F و Flexible تقسیم می‌شوند.

چرخه‌های V و W مسیری شبیه‌ به حرف‌های مذکور دارند. در چرخه V، حل بر روی شبکه‌های متوالی درشت‌شونده منتقل و تا آخرین سطح تنظیم شده پیش می‌رود.

پس از آن مقادیر تصحیح بر روی شبکه‌های ریزشونده تا ریزترین سطح شبکه، که همان شبکه اصلی است منتقل می‌شود. در چرخه W پس از درشت شدن شبکه تا پایین‌ سطح مجاز، مقادیر تصحیح بر روی شبکه‌ای یک مرحله ریزتر اعمال و پس از آن مقادیر باقیمانده مجدداً به آخرین شبکه درشت منتقل می‌شود.

این روند چندین بار و بسته به تنظیمات تکرار می‌شود و در نهایت بر روی مسیری از درشت‌ترین به ریزترین، مقادیر تصحیح منتقل می‌شوند. در زیر تصویری از چرخه‌های V و W در نرم‌افزار FLUENT آمده‌است.

شکل ۱۲- نمایی از چرخه نوع V

شکل ۱۳- نمایی از چرخه نوع W

برای دسترسی به تنظیمات حل‌گرهای چندشبکه‌ای FLUENT بر روی نمودار درختی سمت چپ از مسیر زیر استفاده می‌شود.

Solution—> Solution Control—> Advanced

شکل ۱۴-تنظیمات روش شتاب‌دهنده چندشبکه‌ای

در تصویر بالا، بخش اول مشخص‌شده مربوط به روش‌های تغییر شبکه‌های متوالی است و در بخش دوم نیز تعداد تکرارها بر روی ریزترین شبکه، پیش و پس از ورود به مراحل تغییر شبکه می‌باشد.

با استفاده از Pre-Sweeps می‌توان مشخص نمود نرم‌افزار پیش از تغییر ابعاد شبکه، چند تکرار حل بر روی شبکه اصلی انجام دهد.

در مقابل Post-Sweeps مشخص می‌کند پس از بازگشت به شبکه اصلی مجدداً چند تکرار برای کاهش خطاهای فرکانس‌بالا (مربوط به تبادل اطلاعات بین سلول‌های ریز) باید انجام شود.

در بخش مربوط به چرخه‌ها، چرخه‌ای تحت عنوان F نیز دیده می‌شود.

این چرخه تلفیقی از چرخه‌‌های V و W است. به صورت کلی حجم محاسبات این چرخه از چرخه V اندکی بیشتر است و همگرایی آن نیز در حدود W (اندکی کمتر) است.

بنابراین پیش‌بینی می‌شود در شرایطی با حجم محاسبات کمتر، به همگرایی بالاتری دست یابیم. این چرخه به صورت پیش‌فرض بر روی معادلات کوپل فعال است.

همچنین مشاهده می‌شود برای معادلات مومنتوم در راستاهای X و Y به صورت پیش‌فرض، چرخه‌ای به نام Flexible انتخاب شده‌است.

در واقع با انتخاب چرخه ،Flexible نرم‌افزار با استفاده از یک منطق کنترلی، نرخ همگرایی معادلات را بررسی می‌کند و تنها در صورتی که سرعت همگرایی به اندازه کافی بالا نباشد، از شتاب‌دهنده چندشبکه‌ای استفاده می‌کند.

در واقع تفاوت اصلی چرخه F با چرخه‌های V و W در این است که در چرخه F، تلرانس کاهش باقیمانده‌ها (Residual Reduction Tolerance) و معیار اتمام محاسبات (Termination Criterion) در هر سطح، تعیین‌کننده زمان و تعداد دفعات رویت هر سطح در چرخه چندشبکه‌ای است و بدین ترتیب بر اساس روند حل و مقادیر تنظیم‌شده برای تلرانس کاهش و معیار اتمام محاسبات، ممکن است در بخشی از روند حل، سطوحی از چرخه چندشبکه‌ای اجرا نشود.

با استفاده از معیار نرخ کاهش باقیمانده‌ها (Residual Reduction Rate Criteria) (نشان‌داده شده در تصویر بالا)، نرم‌افزار میزان کاهش باقیماند‌ه‌ها در هر سطح را بررسی و مقایسه می‌کند.

در واقع مادامی‌که نسبت بزرگی باقیمانده‌ در هر تکرار کوچکتر از  حاصل‌ضرب این معیار در باقیمانده تکرار پیشین باشد، سطح شبکه تغییری نمی‌کند، اما زمانی‌که نرخ کاهش باقیمانده‌ها به اندازه کافی بزرگ نباشد، به نحوی که باقیمانده در تکرار جدید بزرگتر از حاصل‌ضرب معیار و باقیمانده پیشین باشد،  چرخه انعطاف‌پذیر به صورت هوشمند، حل را به شبکه درشت‌تر منتقل می‌کند تا بر سرعت همگرایی افزوده شود.

این معیار می‌بایست عددی بین ۰ و ۱ باشد و به صورت پیش‌‌فرض بر روی ۷/۰ تنظیم شده‌است.

بدین ترتیب در تنظیمات پیش‌فرض چندشبکه‌ای Flexible، مادامی که باقیمانده در هر تکرار کوچک‌تر از ۷/۰ باقیمانده‌ در تکرار پیشین باشد، حل چندشبکه‌ای به شبکه درشت‌تر منتقل نمی‌شود.

کاهش این مقدار، موجب افزایش تعداد تعویض‌های سطح شبکه و تأثیر بیشتر ‌حل‌گر چندشبکه‌ای بر حل می‌شود و رفتار چرخه انعطاف‌پذیر را به چرخه‌های پایه V و W نزدیک می‌کند.

معیار اتمام (Termination Criteria)

در روند محاسبات تصحیح بر روی شبکه‌های درشت، زمانی حل به اندازه کافی همگرا در نظر گرفته می‌شود که باقیمانده تکرار i ام کمتر از حاصل‌ضرب باقیمانده تکرار اول بر روی شبکه فعلی و معیار اتمام باشد.

با در نظر گرفتن مقدار پیش‌فرض ۱/۰ می‌توان فرض‌کرد بر روی شبکه‌های درشت، زمانی که مقدار باقیمانده کمتر از ۱۰ درصد باقیمانده در اولین تکرار سطح فعلی باشد، مقادیر تصحیح محاسبه‌شده به سطح ریزتر منتقل می‌شود.

در شرایطی که پس از اتمام تعداد تکرارهای مجاز در هر سطح (Maximum Number of Relaxation)، همچنان باقیمانده به پایین‌تر از حد مطلوب (۰/۱) کاهش نیافته باشد، تصحیح‌ها بدون در نظر گرفتن معیار همگرایی به سطح ریزتر منتقل می‌شوند.

نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی