شبیه‌سازی جریان داخلی با استفاده از نرم‌افزارهای ICEM-CFD و CFX_بخش ۳
جهت آشنایی با سایر پارامترهای قرار گرفته در این پنجره، توضیح مختصری در خصوص هر یک ارائه می‌گردد.
Prism
با فعال‌سازی این گزینه بر روی هر بخش، نرم‌افزار در مرحله تولید شبکه لایه مرزی، با استفاده از المانهای منشوری و بعضا شش‌وجهی، شبکه مناسب آن تولید خواهد نمود.
Hex-Core
به طور معمول شبکه‌های بدونسازمان با استفاده از المانهای چهاروجهی تولید می‌شوند. این المان‌ها دارای انعطاف‌پذیری بالایی برای انواع هندسه‌های پیچیده هستند، لیکن تعداد آن‌ها برای اندازه المان مشابه در مقایسه با المانهای شش‌وجهی، می‌تواند تا ۸ برابر نیز افزایش یابد. در برخی از پروژهها که تعداد المان‌ها از نقطه نظر حجم محاسبات دارای اهمیت است، می‌توان با تولید المانهای شش‌وجهی در فواصل غیر نزدیک به سطوح، در تعداد المان‌ها صرفه‌جویی نمود. تصویر زیر نمونه‌ای از این شبکه را نشان می‌دهد.
شکل ۱۲- نمایی از شبکه Hex-Core در یک چهارراهه
شکل ۱۳- نمایی دیگر از شبکه Hex-Core
Maximum Size
این مقدار در واقع اندازه بزرگ‌ترین المان سطحی (غالبا مثلثی) بر روی هر سطوح و همچنین بزرگ‌ترین المان حجمی (غالبا چهار وجهی) بر روی احجام است. اندازه شبکه می‌تواند توسط توابع اندازه بر روی خطوط و یا مناطق متراکم، از این مقدار کمتر نیز باشد، لیکن امکان افزایش آن به بیش از اندازه تنظیم‌شده در این پنجره وجود ندارد.
Height
این مقدار، ارتفاع اولین طبقه لایه مرزی بر روی سطوحی است که گزینه Prism بر روی آن‌ها فعال باشد. این ارتفاع غالبا با استفاده از ارتفاع بی‌بعد مورد نیاز در مدل آشفتگی محاسبه و تنظیم می‌شود.
شکل ۱۴- تعیین ارتفاع سلول بر حسب ارتفاع بی‌بعد
Height Ratio
با دور شدن از سطح دیواره، گرادیان‌ها به تدریج کاهش می‌یابد و مناسب است با افزایش اندازه المان‌ها، از افزایش بی‌دلیل تعداد المان‌ها پیش‌گیری شود. این مساله با اعمال ضریب رشد ارتفاع المانهای لایه مرزی صورت می‌پذیرد. توصیه می‌شود این ضریب در حدود ۲/۱ باشد و افزایش آن به بیش از ۴/۱، می‌تواند در عدم دقت نتایج لایه‌مرزی موثر باشد.
Num Layers
به طور معمول بسته به مدل آشفتگی مورد استفاده و جزییات مورد نیاز لایه مرزی، پیشنهاد می‌شود بین ۱۰ تا ۱۵ طبقه در لایه مرزی تولید شود. برای غالب شبیه‌سازی‌هایی که جزییات لایه مرزی در مجاورت دیواره (زیر لایه آرام و منطقه انتقالی) مورد نظر نیست، ۱۰ طبقه کاملا مورد قبول است و بسته به هزینه‌های محاسباتی و برخی محدودیت‌ها در جریان‌های داخلی، می‌توان تعداد آن را تا ۶ و یا ۷ طبقه نیز کاهش داد.
Tetra Size Ratio
به طور معمول، نرم‌افزار با دور شدن از هر سطح، سعی می‌کند اندازه المان را به حداکثر اندازه مجاز تنظیم‌شده برای منطقه حجمی مجاور سطح نزدیک کند. به طور مثال در صورتی که اندازه المان‌ها بر روی یک سطح ۱ و اندازه المان‌ها بر روی حجم مجاور سطح ۲ تنظیم شده باشد، نرم‌افزار به سرعت اندازه المان‌ها را از ۱ در مجاورت سطح به ۲ درون حجم افزایش می‌دهد. این انتقال سریع در برخی موارد موجب پرش شدید و کاهش کیفیت شبکه می‌شود. در صورتی که تفاوت اندازه المان‌ها بر روی سطح و حجم مجاور آن زیاد باشد، با استفاده از ضریب رشد تنظیم‌شده در این بخش می‌توان، انتقال هموارتری را اعمال نمود. این ضریب رشد در بیرون از لایه مرزی و برای شبکه بدونسازمان حجمی اعمال می‌شود. مقدار پیشنهادی برای ضریب رشد بیرون لایه مرزی در محدوده ۴/۱ تا ۶/۱ است. در این پروژه با توجه به اختلاف کوچک مقادیر، نیازی به اعمال این ضریب نیست.
Tetra Width
این عدد صحیح، تعداد المانهای در امتداد عمود بر سطح است که بر روی آن‌ها، اندازه المان‌ها برابر اندازه تنظیم‌شده بر روی سطح حفظ می‌شود. پس از اتمام این تعداد المان، نرم‌افزار اندازه المان‌ها را مطابق ضریب رشد تنظیم‌شده در مرحله قبل، به تدریج افزایش می‌دهد.
Min Size Limit
با استفاده از این گزینه، می‌توان از کوچک‌شدن بیش از حد المان‌ها بر روی هر بخش جلوگیری نمود. تنظیم این مقدار در غالب پروژهها ضروری نیست.
Max Deviation
این مقدار، حداکثر انحراف موقعیت نقاط شبکه از سطح هندسه را تعیین می‌کند و بیشتر در تولید شبکه به روش Octree کاربرد دارد. تنظیم این مقدار در غالب پروژهها ضروری نیست و میزان محاسبه‌شده پیش‌فرض توسط نرم‌افزار مناسب است.
Internal Wall
در صورتی که یک دیواره غیر متصل به سایر دیواره‌ها در دامنه حل وجود داشته باشد (یک صفحه رها در دامنه حل) با فعال‌سازی این گزینه بر روی آن، نرم‌افزار آن را به عنوان یک مرز مستقل شناسایی و تفکیک می‌کند. در صورت عدم فعال‌سازی این گزینه بر روی دیوارهای مذکور، در روند تولید شبکه، سطح شناسایی نشده و در شبیه‌سازی وجود نخواهد داشت.
Split Wall
با فعال‌سازی این گزینه بر روی دیواره‌های توضیح‌داده شده در آیتم قبلی، دارای شبکهای متفاوت در دو طرف ایجاد خواهد شد. فعال‌سازی این گزینه برای شبیه‌سازی‌های صورت گرفته در نرم‌افزار FLUENT چندان اهمیت و کاربردی ندارد. نرم‌افزار FLUENT به صورت پیش‌فرض در زمان فراخوانی شبکه، هر دیوار دو طرفه را به دو دیوار یک‌طرفه تفکیک می‌کند و می‌توان شرایط مرزی متفاوتی از قبیل زبری و دیگر شرایط مرزی مومنتوم بر روی آن‌ها اعمال نمود.
Apply Inflation Parameters on Curves
با فعال‌سازی این گزینه، نرم‌افزار المانهای لایه‌مرزی دوبعدی بر روی خطوط تولید می‌کند. این گزینه بیشتر در تولید شبکه‌های دوبعدی بر روی سطوح کاربرد دارد و در شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی کاربرد چندانی ندارد.
پس از اعمال تنظیمات بخش به بخش، به پنجره تولید شبکه بدونسازمان رفته و شبکه تولید می‌شود.
Mesh—>Compute Mesh
شکل ۱۵- مسیر تولید شبکه بدونسازمان
در پنجره باز شده، می‌توان از با استفاده از تنظیمات پیش‌فرض، شبکه را تولید نمود. روش تولید شبکه پیش‌فرض در این بخش، روش Octree است. روش Octree یک روش بالا به پایین است و در آن، ابتدا المانهای حجمی شش‌وجهی مطابق تنظیمات اعمال‌شده تولید می‌شوند. سپس المان‌ها در مجاورت دیواره‌ها تا اندازه تنظیم‌شده در هر بخش ریز می‌شوند. پس از آن المان‌ها برش خورده و تبدیل به المانهای چهاروجهی بدونسازمان می‌شوند.
در نهایت با حذف المانهای حجمی قرار گرفته در بیرون دامنه حل و جابجایی نقاط المانهای قرار گرفته در مجاورت سطوح، تمامی نقاط مرزی بر روی سطوح تصویر می‌شوند تا یک شبکه تطبیقی بر روی کل دامنه حل ایجاد شود. این روش به دلیل حرکت از بالا به پایین (المانهای حجمی به المانهای سطحی) برای تولید شبکه بر روی هندسه‌های دارای مشکلات سطحی، عدم اتصال کامل و به مصطلح به هندسه‌های آلوده، بسیار مناسب است.
به دلیل تبدیل المانهای شش‌وجهی به چهاروجهی، اولا راستای غالب المان‌ها در دامنه حل در یک امتداد است و ثانیا پرش‌هایی بر روی اندازه المان‌ها مشاهده می‌شود که موجب می‌شود، شبکه حجمی تولید شده به این روش، چندان برای شبیه‌سازان CFD جذاب نباشد. در نرم‌افزار ICEM-CFD غالبا یک شبکه حجمی-سطحی به این روش تولید می‌شود، سپس با استفاده از المانهای سطحی تولید شده در این روش، شبکهای حجمی به روش Delauny تولید می‌شود که از کیفیت و همواری بالاتری برخوردار است.
شکل ۱۶- نمایی از شبکه اولیه تولیدشده به روش Octree بر روی یک هندسه دلخواه
نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی