شبیه سازی جریان، در نرم‌افزارهای TGrid و CFX_بخش ۱

مقدمه:

هدف از این بخش، آموزش تولید شبکه و شبیه‌سازی جریان هوا در اطراف یک سدان (Sedan) است. سدان اصطلاحاً به خودروهایی گفته می‌شود که دارای سه بخش مجزای موتور در جلو، اتاق در میان و صندوق در عقب باشند و به طور کلی گستره وسیعی از خودروهای تولیدی کارخانجات مختلف دنیا، در این گروه قرار می‌گیرند.

شکل ۱- نمایی از یک خودروی سدان ساخت کارخانه رولز-رویس

هندسه خودروی مورد نظر در قالب یک فایل igs موجود است و در این جا مورد استفاده قرار می‌گیرد. شما می‌توانید این فایل را از بخش‌آموزش وبسایت شرکت مهندسی پیتِک (www.ptecgroup.ir) دریافت کنید. فایل هندسه اولیه در نرم‌افزار Gambit فراخوانی می‌شود، سپس هندسه تونل باد به آن اضافه می‌گردد. در نهایت شبکه بدون سازمان نوع مثلثی سطوح تولید و برای نرم‌افزار TGrid به صورت یک شبکه مرزی استخراج می‌شود.

این فصل جهت استفاده برخی از کاربران قدیمی FLUENT با استفاده از نرم‌افزار GAMBIT تدوین شده‌است. لیکن با توجه به خروج این نرم‌افزار از بسته نرم‌افزارهای خانواده ANSYS و عدم پشتیبانی و به‌روز رسانی آن در سال‌های اخیر، از ویرایش آتی کتاب، از نرم‌افزار ICEM-CFD به جای آن استفاده خواهد شد.

نرم‌افزار TGrid یکی از نرم‌افزارهای تولید شبکه در گروه ANSYS  می‌باشد که به صورت تخصصی در تولید شبکه‌های هیبرید لایه مرزی و بدون‌سازمان کاربرد دارد. این نرم‌افزار به همراه ANSYS از نسخه های ۱۳ به بالا نصب می‌گردد و در صورت نیاز می‌توان نسخه مجزای (Stand Alone) آن را از وب‌سایت شرکت دریافت و نصب نمود. با توجه به تغییرات گسترده بر روی این نرم‌افزار از نسخه ۱۴ و بازنویسی این بخش از کتاب بر اساس نسخه‌های جدید، توصیه می‌شود از نرم‌افزار Tgrid نصب‌شده همراه با نسخه‌های ۱۴ به بعد استفاده شود. ANSYS این نرم‌افزار را از نسخه ۱۴ به بعد تحت عنوان FLUENT Meshing ارائه نمود و نرم‌افزار از اجراکننده اصلی FLUENT با فعال‌سازی گزینه Meshing قابل دسترسی و اجراست.

پس از تولید شبکه هیبرید بدون‌سازمان و لایه‌مرزی در نرم‌افزار TGrid ، فایل شبکه آن برای استفاده در نرم‌افزار CFX استخراج شده و در نهایت در نرم‌افزار CFX شبیه‌سازی جریان بر روی آن انجام می‌شود.

تولید هندسه و شبکه در نرم‌افزار Gambit

ابتدا یک پروژه جدید در پوشه‌ای دلخواه با نام Sedan- Gambit ایجاد می‌شود. سپس فایل Sedan.igs را در پوشه کاری مذکور قرار دهید. حال از مسیر زیر فایل هندسه فراخوانی می‌شود.

File® Import® IGS

با استفاده از کلید Browse فایل Sedan انتخاب می‌شود.

شکل ۲- پنجره ورود هندسه IGS به نرم‌افزار Gambit

سپس با فشردن کلید Accept هندسه وارد نرم افزار گمبیت می‌شود. توجه به این نکته ضروری است که وارد کردن فایل های IGS و STEP در نرم‌افزار گمبیت با کمک انتقال‌دهنده (Translator) اختصاصی Spatial ، نیاز به License خاص خود را دارد و در صورتی که License نرم افزار شامل این گزینه نباشد، در این بخش با مشکل مواجه خواهید شد. این انتقال‌دهنده در مقایسه با انتقال‌دهنده درونی خود نرم‌افزار (Native) دارای کیفیت و صحت بالاتری در فرآیند ورود است.  در صورت مواجه شدن با خطای لایسنس می‌توانید جهت دریافت لایسنس معتبر به وب‌سایت شرکت مراجعه کنید.

شکل ۳- نمایی از هندسه خودرو در نرم‌افزار Gambit

با توجه به فیزیک جریان که شامل وزش باد از سمت مقابل خودرو است و همچنین هندسه متقارن خودرو، تولید شبکه و شبیه‌سازی جریان تنها بر روی نیمی از بدنه خودرو انجام می‌شود و تاثیر طرف دیگر با استفاده از شرط مرزی تقارن (Symmetry) در نرم‌افزار CFX اعمال می‌شود. پس از وارد کردن هندسه خودرو، جعبه‌ای با ابعاد ۵x5x10 به عنوان تونل باد تولید می‌شود.

Operation®Geometry®Volume®Brick

X=10, Y=5, Z=5

جعبه به فواصل زیر جابجا می‌شود تا نسبت به خودرو در موقعیت مناسب قرار گیرد.

Move/Copy Volumes: Z=-2.5, Y=-2.5

شکل ۴- نمایی از خودرو و تونل باد پس از جابجایی جعبه تونل باد

هدف نهایی تشکیل حجمی است که نماینده فضای بین پوسته خودرو و تونل باد باشد. بنابراین ابتدا حجم مکعب مستطیل تونل باد پاک می‌شود. سپس صفحه سمت صفحه تقارن خودرو پاک می‌شود. سپس بخشی از صفحه تقارن که سطح میانی خودرو از آن کاسته شده است، تولید مجدد می‌شود. از آن‌جا که در این پروژه هدف تحلیل بخش جامد نیست، بنابراین صفحه تقارن خودرو جز مرزهای شبیه‌سازی نیست و می‌بایست از کل صفحه تقارن مستطیلی‌شکل کاسته شود. به طور کلی برای تصور بهتر از دامنه حل و حجم سیال، فضای داخل می‌توان تونل بادی را فرض نمود که فضای داخل خودرو از آن کاسته شده‌است.

از طرفی به دلیل متقارن‌بودن هندسه و جریان، هدف تحلیل تنها نیمی از فیزیک اصلی است. بنابراین با استفاده از صفحه و شرط مرزی تقارن، فیزیک اصلی به دو نیم تقسیم می‌شود و از آن‌جا که فضای داخل خودرو در فیزیک کامل نیز جز دامنه حل نیست، صفحه تقارن خودرو نیز جزیی از دامنه حل در نظرگرفته نخواهد بود.

برای ویرایش و آماده‌سازی دامنه حل، ابتدا حجم مکعب بدون حذف صفحات جانبی آن پاک می‌شود.

Geometry®Volume ®Delete Volumes (Lower Geometry: Unchecked)

سپس از منوی کار با صفحات، صفحه‌ای از مکعب مستطیل که بر روی صفحه تقارن خودرو قرار گرفته است پاک می‌شود.

شکل ۵- نمایی از صفحات دامنه حل پس از حذف صفحه تقارن مکعب مستطیل (گزینه shaded فعال)

نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی