مقدمه‌ای بر CFD و نرم‌افزارهای شبیه‌سازی_بخش ۴

ساختار فصول کتاب

به منظور آشنایی با روند تولید شبکه، شبیه‌سازی و تحلیل نتایج در نرم‌افزارهای CFD، ابتدا با ارائه مثالی نسبتا ساده در نرم‌افزارهای ICEM-CFD و CFX، مخاطبان با محیط این دو نرم‌افزار و اصول اولیه شبیه‌سازی در آن‌ها آشنا خواهند شد. این فصل تحت عنوان زیر ارائه گردیده‌ است.

• تولید شبکه و شبیه‌سازی جریان، حول استوانه در نرم‌افزار CFX

پس از آن با ارائه فصلی جامع و بیانی ساده، روش‌های تولید هندسه، شبکه بدون سازمان و شبیه‌سازی در محیط‌های ICEM-CFD ، CFX و CFD-POST آموخته شده است. این فصل به عنوان مرجعی برای اصول پایه تولید شبکه بدون‌سازمان در ICEM-CFD نیز در نظر گرفته شده است و با نام زیر ارائه گردیده‌است.

• شبیه‌سازی جریان داخلی با استفاده از نرم‌افزارهای ICEM-CFD و CFX

پس از آن با ارائه مثالی در نرم‌افزار FLUENT، به آشنایی کلی مخاطبان با این نرم‌افزار، افزوده می‌شود. این فصل با نام زیر ارائه گردیده‌است.

• شبیه سازی جریان در اطراف یک کره در نرم‌افزارهایFLUENT و ICEM-CFD

این فصل نیز به آموزش شبکه سازمان یافته و مقدمه‌ای بر نرم‌افزار فلوئنت می‌پردازد. در انتها نیز، نتایج شبیه‌سازی، با داده‌های تجربی معتبر، مقایسه گردیده‌است.

پس از آن، به منظور آشنایی بیشتر مخاطبان با شرایط مرزی و تنظیمات حل‌گر در نرم‌افزار فلوئنت، دو فصل در این خصوص ارائه گردیده‌است.

• تنظیمات حل‌گر در نرم‌افزار FLUENT
• شرایط مرزی در نرم‌‌افزار FLUENT

در این دو فصل، تلاش شده است، با بیانی ساده، مطالب مهم و کاربردی در خصوص تنظیمات اصلی نرم‌افزار فلوئنت، ارائه گردد. این تنظیمات به صورت موردی در فصل پیشین، مورد استفاده قرار گرفته است. توصیه می‌شود، پس از مطالعه دقیق این دو فصل، مجددا فصل آموزش شبیه‌سازی جریان اطراف کره در نرم‌افزار FLUENT، مطالعه و با تغییر پارامترهای نرم‌افزار، نتایج شبیه‌سازی، مورد بررسی قرار گیرد.

پس از ارائه مثال‌های مقدماتی، با ارائه مثالی‌، روش‌های تولید شبکه بدون‌سازمان در نرم‌افزارهای Gambit و TGrid،  معرفی شده‌است. این فصل با نام زیر در کتاب ارائه شده است:

• شبیه سازی جریان حول یک خودروی سواری در نرم‌افزارهای TGrid و CFX

به دلیل همخوانی و استفاده همزمان این دو نرم‌افزار در گذشته، در این کتاب نیز تلاش شده‌است، از دو نرم‌افزار در کنار هم استفاده شود تا روشی کامل، برای تولید شبکه‌های بدون سازمان با کیفیت اراده شود. ممکن است به دلایلی، گروهی از خوانندگان علاقه‌ای به آموختن نرم‌افزار گمبیت نداشته باشند. برای این گروه از خوانندگان، فایل شبکه سطحی مورد استفاده در نرم‌افزار TGrid، بر روی وب‌سایت شرکت مهندسی پیتک(www.ptecgroup.ir)، قرار گرفته است و کاربران با مراجعه به بخش آموزش مجازی، می‌توانند این فایل را جهت ادامه کار دریافت نمایند.

پس از مطالعه این بخش، فصول مقدماتی کتاب به پایان می‌رسد. اولین فصل از بخش پیشرفته کتاب، با معرفی روش‌های توسعه و کدنویسی در نرم‌افزار FLUENT آغاز می‌شود. این فصل تحت عنوان زیر، ارائه گردیده‌است:

• مقدمه‌ای بر توابع UDF در نرم‌افزار FLUENT

در این فصل، تلاش شده است، با ارائه مقدماتی در خصوص روش‌های ایجاد و استفاده از توابع UDF، بر سطح دانش مخاطبان در شبیه‌سازی‌های پیشرفته افزوده شود. همانطور که در مقدمه فصل نیز آمده ‌است، این فصل به صورت اجمالی به معرفی  انواع UDF های مورد استفاده در نرم‌افزار فلوئنت و روش‌های برقراری ارتباط و استفاده از آن‌ها می‌پردازد و خوانندگان می‌توانند به منظور کسب مهارت‌های گسترده‌تر، از مراجع موجود در خصوص آموزش روش‌های کدنویسی در زبان Visual C و UDF استفاده نمایند. برای آشنایی بیشتر مخاطبان در این خصوص، مراجعی بر روی وب‌سایت شرکت قرار داده شده است.

پس از آشنایی مقدماتی مخاطبان با توابع UDF، فصلی در خصوص روش‌های شبیه‌سازی جریان در هندسه‌های دارای مرز متحرک ارائه شده است. این فصل در مقایسه با فصل پیشین، از تفصیل بیشتری برخوردار است و با تکیه بر مدارک و مراجع نسخه ۳/۶ نرم‌افزار فلوئنت، بر سطح دانش و مهارت خوانندگان می‌افزاید. این فصل تحت عنوان زیر ارائه گردیده‌است.

• جریان‌های مرز متحرک با استفاده از مدل شبکه پویا در نرم‌افزار FLUENT

در ویرایش‌های بعدی کتاب، این فصل، بر پایه مدارک و روش‌های موجود در نسخه ۱۶ نرم‌افزار، بازنویسی خواهد شد و تغییرات نسخه‌های جدید نیز به آن اضافه خواهد گردید. در حال حاضر، این فصل، بخش قابل توجهی از نیازهای کاربران را برآورده خواهد نمود.

پس از آشنایی مقدماتی خوانندگان با مفاهیم پیشرفته کدنویسی و شبکه پویا در نرم‌افزار فلوئنت، با استفاده از دو مثال کاربردی و نسبتا پیچیده، بر سطح مهارت مخاطبان، در این خصوص، افزوده خواهد شد.

• تحلیل جریان و ردیابی ذرات در سیستم تنفسی انسان در نرم‌افزار FLUENT
• تحلیل جریان حول جسم متحرک با استفاده از مدل شش درجه آزادی در FLUENT

در فصل شبیه‌سازی جریان در سیستم تنفسی انسان، سعی شده است با ارائه مثالی گسترده و نسبتا پیچیده در نرم‌افزار گمبیت، بر تسلط و تخصص دانشجویان، برای تولید شبکه‌های مختلف، در این نرم‌افزار افزوده شود. در این خصوص نیز، فایل شبکه نهایی مورد استفاده در نرم‌افزار فلوئنت، بر روی وب‌سایت شرکت، قرار داده شده است.

پس از آن در فصل رهایش گوی، علاوه بر ارائه تکنیک‌های تفکیک دامنه حل در شبکه پویا، مدل شش درجه آزادی ردیابی اجسام نیز مورد معرفی قرار گرفته است.

یکی از مشکلات اصلی در شبیه‌سازی جریان‌های صنعتی، استفاده از مدل و تنظیمات صحیح آشفتگی است. در فصل آخر کتاب، با اتکا بر کتب و مراجع معتبر و همچنین مدارک آموزشی نرم‌افزارهای FLUENT و CFX، تلاش شده‌است، مدل‌های مورد استفاده در این دو نرم‌افزار، به صورت کامل و گسترده، مورد معرفی قرار گیرد. این فصل با نام زیر در کتاب ارائه شده‌است.

• آشنایی با مفاهیم آشفتگی و مدل‌های مورد استفاده در نرم‌افزارهای FLUENT و CFX

این بخش از کتاب، یکی از مراجع کامل شبیه‌سازی آشفتگی در نرم‌افزارهای FLUENT و CFX خواهد بود. در این فصل، همچنین با مرور تجربیات شبیه‌سازی پروژه‌های صنعتی، موارد کاربرد و ضعف و قدرت هر مدل، مورد بررسی قرار گرفته است. با مطالعه این فصل، می‌توان مجددا، مثال‌های بخش مقدماتی را با دید بالاتری بر روی مباحث آشفتگی، مرور کرد.

نکته: در نسخه ۱۶ نرم‌افزار ANSYS، تغییری در پیش‌فرض‌های نرم‌افزار ICEM-CFD ایجاد شده است، که می‌بایست در زمان استخراج فایل شبکه، آن‌ را ویرایش نمود. در این نسخه، می‌بایست پیش از استخراج فایل شبکه برای نرم‌افزارهای FLUENT و CFX، واحدهای پیش‌فرض نرم‌افزار را به متر تغییر داد. در غیر این صورت، نرم‌افزار قادر نخواهد بود فایل شبکه را استخراج کند. از آن‌جا که این نکته برای کاربران نسخه ۱۶، به مراتب مورد استفاده قرار می‌گیرد، در این بخش درج شده است.

در صورت استفاده از نسخه ۱۶ نرم‌افزار ANSYS، در هر یک از پروژه‌های کتاب بر مبنای نرم‌افزار ICEM-CFD، ابتدا به مسیر زیر می‌رویم:

Setting—> Model/Units

سپس از آنجا، واحد کاری نرم‌افزار از Unitless به Meter تغییر می‌یابد. پس از آن، مراحل استخراج فایل شبکه، مشابه موارد مذکور در فصول کتاب خواهد بود.

شکل ۲۲- تعریف واحد شبکه برای نسخه ۱۶ نرم‌افزار انسیس

در نهایت ممکن است با وجود تمام بازبینی‌ها و ویرایش‌های کتاب، بخش‌هایی در آن باقی مانده باشد که کاربران را در اجرای برخی از مثال‌ها با ابهام مواجه سازد. همچنین با وجود حساسیت‌ و دقت بسیار، پس از صفحه‌آرایی و آماده‌سازی کتاب برای چاپ، ممکن است بخش‌هایی دچار تغییراتی شود که در روند بازبینی نهایی از نظر پنهان ماند و بنابراین، حضور مشکلات و ایرادات، در نسخه نهایی چاپ‌شده دور از ذهن نیست.

بدین منظور خوانندگان می‌توانند پس از خریداری کتاب، در بخش ثبت‌نام خوانندگان کتاب CFD وب‌سایت شرکت خدمات مهندسی پیتک، ثبت نام نموده و نسخه‌های تصحیحی و تکمیلی بخش‌های مختلف کتاب را دریافت نمایند. این بخش‌ها به مرور و به پیشنهاد خوانندگان در باشگاه مهندسان پیتک، ارائه و به خوانندگان ثبت‌نام شده، ارسال می‌گردد. لینک‌های باشگاه و ثبت‌نام، به آسانی از منوهای بالای وب‌سایت به آدرس www.ptecgroup.ir قابل مشاهده است.

نویسنده: آقای مهندس احسان سعادتی