بررسی چگونگی مش بندی صحیح در شبیه سازی جریان هوا

در این مطلب ما یک مش بندی صحیح روی شبیه سازی جریان هوا در داخل مجرای مربعی در نرم افزار سالیدورک ایجاد می کنیم

همچنین میتوانید شبیه سازی جریان هوا در کانال کشی تهویه مطبوع را هم بخوانید

لوله مربعی نشان داده شده در شکل دارای دو دیوار میانی است که آن را به سه قسمت تقسیم می کند. مدل قبلاً ساده شده است و یک درپوش برای جریان ورودی ایجاد شده است

از آنجایی که ما فقط می‌خواهیم کنترل‌های مش بندی را بررسی کنیم، شبیه‌سازی ای تعریف شده است که به ما امکان می‌دهد مش‌بندی کنیم، اما تجزیه و تحلیل را اجرا نکنیم.

1-باز کردن فایل اسمبلی :

 نرم افزار سالیدورک را اجرا کنید و  از فولدر Square Ducting و فایل اسمبلی Mesh Exercise را باز کنید.

جهت دانلود فایل مربوط به تمرین کلیک کنید

2-بررسی پروژه

پروژه شبیه سازی Mesh1 از قبل تعریف شده است و به صورت پیش فرض فعال می شود. می توانید تنظیمات آن را بررسی کنید.

3-مرور شکاف های کوچک در هندسه مدل

از ابزار Measurبرای تعیین اندازه شکاف های کوچک در مدل استفاده کنید. این عدد می تواند بعداً هنگام تعیین تنظیمات مش استفاده شود. انتخاب دو وجهی که شکاف کوچک را ایجاد می کنند به ما می گوید که فاصله 0.15  اینچ وجود دارد. ما انتظار افت فشار و افزایش سرعت مرتبط را در این شکاف داریم، بنابراین این یک ویژگی حیاتی در مدل جریان ما است.

 

4-مرور دیوارهای نازک در هندسه مدل

  یکی دیگر از ویژگی های بارز دیوار نازک است. لبه را انتخاب کنید تا ببینید ضخامت آن 0.10 است. با الگوریتم‌های مدرن، دیوارهای نازک معمولاً در شبیه‌سازی جریان حل شده اند. با این حال، در صورت نیاز، می توان از حالت دیوار نازک استفاده کرد. در این تمرین تشخیص دیواره نازک در مش اولیه را تمرین خواهید کرد.

 

5-فعال کردن حالت دیوار نازک

از قسمت Tools، روی Options کلیک کنید. در منوی باز شده از زیر گروه   General Options گزینه ی     Show/Hide wallness را روی Show تنظیم کنید. برای بستن پنجره Options روی OK کلیک کنید.

6-تنظیمات اولیه مش عمومی

در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان ، در زیر داده های ورودی، پوشه Mesh را گسترش دهید، روی Global Mesh کلیک راست کرده و Edit Definition را انتخاب کنید. سطح مش اولیه را در سطح 3 قرار دهید.

7-تنظیم حداقل فاصله شکاف و حداقل ضخامت دیوار

در همان منوی Global Mesh روی دکمه Minimum gap size کلیک کنید و مقدار 0.15 اینچ را وارد کنید ، روی دکمه Enable Minimum Wall Thickness کلیک کنید و 0.1 اینچ را وارد کنید.

8-ایجاد مش بدون اجرای پروژه

در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان، روی Mesh 1 راست کلیک کرده و Run را انتخاب کنید. تیک Solve را بردارید. مطمئن شوید که تیک Load results زده شده است. روی Run کلیک کنید. نتایج به طور خودکار بارگذاری می شوند.

9- ایجاد  یک نمودار برشی نمونه از مدل

از زیر پوشه ی results روی  cut plots و سپس روی insert کلیک کرده و در منوی باز شده Front plane را به عنوان صفحه برش انتخاب کنید و در قسمت Display روی  mesh کلیک کنید ok کنید.

اکنون بعد از اینکه نمودار برشی ایجاد شد ، روی نواحی شکاف و دیواره نازک زوم کنید. توجه داشته باشید که تنها دو سلول از شکاف در بالا سمت چپ وجود دارد. حداقل باید سه سلول وجود داشته باشد (اما حداقل چهار سلول توصیه می شود) برای چنین شکاف کوچکی برای گرفتن گرادیان جریان.

 

10-پنهان کردن نمودار برشی

با راست کلیک روی نمودار برشی ایجاد شده در مرحله 9 و انتخاب hide آن را مخفی کنید.

11-ایجاد نموداری از ارتفاع کانال

روی پوشه Mesh واقع در زیر پوشه Results کلیک راست کرده و Insert را انتخاب کنید. در قسمت Display  گزینه ی Channels را انتخاب کرده و OK کنید.

نمودار ارتفاع ، کانال را همانطور که توسط Flow Simulation درک شده است نشان می دهد. این نمودار میتواند برای شناسایی مناطق باریکی که ممکن است به مش بندی ریز تری  نیاز داشته باشد استفاده شود. کانال باریک مشخص شده در مراحل قبلی در اینجا با رنگ آبی تیره نشان داده شده است.

12-مرور سلول های ناقص و نامنظم

ما می‌توانیم انواع سلول‌های مختلف ایجاد شده را با نشان دادن آنها به صورت رنگی درک کنیم. برای انجام این کار، نمودار ایجاد شده در مرحله 11 را ویرایش کنید. در قسمت Display  گزینه ی Cells  را انتخاب کنید و در قسمت Cells  گزینه ی Trimmed Cells را انتخاب کنید و روی OK کلیک کنید.

این پیغام ظاهر می شود: No Trimmed Cells are detected. از آنجایی که این مدل نسبتاً کوچک است، نیازی به سلول‌های بریده‌شده نیست. به طور کلی، این گزینه منو به شما امکان می دهد به راحتی سلول های بریده شده یا نامنظم را شناسایی کنید که ممکن است مکان های چالش برانگیزی را که نیاز به اصلاح مش اضافی دارند را نشان دهد. برای بستن این پیام روی OK کلیک کنید.

13- مرور سطح اولیه اصلاح مش

همچنین می توانید بررسی کنید که چه تعداد اصلاح روی سلول های مش پایه برای ایجاد مش اولیه اعمال شده است. برای انجام این کار، دوباره طرح ایجاد شده در مرحله 11 را ویرایش کنید. در قسمت Display  گزینه ی Plots را انتخاب کنید. در بخش Section روی دکمه ی Reference کلیک کنید و صفحه ی Front را برگزینید. در قسمت Colored By گزینه ی  Refinement Level را انتخاب کنید و روی OK کلیک کنید.

رنگ آبی نشان می دهد که سلول های مش پایه  بازسازی نشده اند. این سلول ها سلول های مش پایه اصلی هستند. رنگ قرمز سلول های مش پایه را با بالاترین سطح پالایش مش پایه 3 (مشخص شده در مرحله 6) نشان می دهد.

ما سعی خواهیم کرد با استفاده از گزینه دیگری از تنظیمات مش بندی عمومی به نام Advanced channel refinement که در Global Mesh Settings  موجود است، مش را بهبود بخشیم.

14-اصلاح مش بندی

از درخت شبیه سازی ، زیر پوشه ی Mesh روی Global Mesh راست کلیک کنید و Edit Definition را انتخاب کنید و تیک گزینه ی Advanced channel refinement  را بزنید و ok کنید.

15- ایجاد مش بدون اجرای پروژه

در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان، روی Mesh 1 راست کلیک کرده و Run را انتخاب کنید. تیک Solve را بردارید. مطمئن شوید که تیک Load results زده شده است. روی Run کلیک کنید. نتایج به طور خودکار بارگذاری می شوند.

16-نمایش نمودار برشی و بررسی مجدد مش.

نمودار برش ایجاد شده در مرحله 9 را از حالت مخفی خارج کنید. با بزرگنمایی مجدد بر روی شکاف کوچک، یک شبکه ظریف در نزدیکی دیوارها و حدود 5 سلول از میان شکاف آشکار می شود. این شبکه بسیار بهتری نسبت به شبکه ایجاد شده قبلی است، اما هزینه آن افزایش تعداد سلول ها و زمان اجرا است.

اگر این یک مدل مثال ساده نبود، استفاده از این روش ممکن است زمان محاسبات را به طور چشمگیری افزایش دهد. رابطه خطی بین تعداد سلول ها و زمان محاسبه وجود ندارد، اما به دلیل ماهیت دینامیک سیالات، زمان اجرا می تواند به طور نامتناسبی طولانی تر باشد. یک فایل پارت به نام local_initial_mesh برای تعریف مش اولیه محلی قبلاً تعریف شده و به اسمبلی اضافه شده است. در حال حاضر از قسمت Component Control پنهان و غیرفعال شده است.

17– خارج کردن فایل پارت مربوط به  ناحیه مش محلی از حالت مخفی

در درخت اسمبلی ، فایل پارتی با نام local_initial_mesh وجود دارد .را از حالت پنهان خارج کنید. قبل از تعریف     Local Mesh، همیشه مطمئن شوید که آن را از قسمت Component Control غیرفعال کنید. برای انجام این کار، در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان، روی Input Data کلیک راست کرده و Component Control را انتخاب کنید. سپس علامت کادرهای کنار مؤلفه‌هایی را که می‌خواهید غیرفعال کنید، بردارید.

 

18- تعریف مش  محلی

در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان ، در زیر داده های ورودی، روی پوشه Mesh راست کلیک کنید و Insert Local Mesh را انتخاب کنید. مطمئن شوید که دکمه Reference کلیک شده است. فایل پارت local_initial_mesh را از درخت اسمبلی انتخاب کنید. در قسمتCharacteristic Number of Cells Across Channel  عدد 8 را وارد کنید و در قسمت Maximum Channel Refinement Level سطح را روی 7 قرار دهید. OK را کلیک کنید.

19-ویرایش تنظیمات مش عمومی

در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان ، در زیر داده های ورودی، پوشه Mesh را گسترش دهید، روی Global Mesh کلیک راست کرده و Edit Definition را انتخاب کنید.گزینه های  Minimum Gap Size و Minimum Wall Thickness را غیرفعال کنید و تیک گزینه Advanced channel refinement را بردارید. روی OK کلیک کنید.

20- ایجاد مش بدون اجرای پروژه

در درخت تجزیه و تحلیل شبیه سازی جریان، روی Mesh 1 راست کلیک کرده و Run را انتخاب کنید. تیک Solve را بردارید. مطمئن شوید که تیک Load results زده شده است. روی Run کلیک کنید. نتایج به طور خودکار بارگذاری می شوند.

21-نمایش نمودار برشی و بررسی مجدد مش

نمودار برشی ای که در مرحله 9 ایجاد کرده بودید را از حالت مخفی خارج کنید

توجه داشته باشید که مش در ناحیه مش محلی اصلاح شده است، اما در خارج از این ناحیه، مش درشت باقی می ماند. این گزینه می‌تواند زمان محاسبات را در مدل‌های پیچیده که نتایج فقط در حوزه‌های خاصی مهم هستند، بهبود بخشد. مناطق کمتر مهم را می توان با تنظیمات درشت تر مش بندی کرد، در حالی که مناطق مورد علاقه را می توان ریزتر مشبک کرد.