شبیه سازی موفق, مقالات
شبیه سازی جریان وابسته به زمان (جریان گذرا) در انسیس فلوئنت Transient Simulation
یکی از شبیه سازی هایی که نیاز به اموزش انسیس فلوئنت در آن وجود دارد ، استفاده از شبیه سازی جریان وابسته به زمان (جریان گذرا) در انسیس فلوئنت (Transient Simulation Ansys Fluent) است. فرضیه حالت پایا یا استفاده از حل های Steady تنها در صورتی مورد قبول است که بتوان از نوسانات گذرا صرف نظر کرد. با در نظر گرفتن این جمله اکثر جریان هایی که در طبیعت رخ میدهند به صورت گذرا است.
در دینامیک سیالات محاسباتی یا CFD به دلیل هزینه های محاسباتی و کاهش زمان شبیه سازی، حل های Steady همچنان استفاده می شوند. اما اغلب شبیه سازی های انجام شده در نرم افزار انسیس فلوئنت به صورت گذرا است. علاوه بر این تمامی حل های Steady نیز با استفاده از حلگر Transient قابل انجام می باشند. برخی از کاربردهای جریان گذرا عبارت اند از :
- Vortex Induced Vibration
- ماشین های دوار (Rotating machine)
- جریان های دو و چند فازی (multi phase)
- دامنه های تغییر شکل دهنده
- انتقال حرارت گذرا
جریان وابسته به زمان میتواند به صورت طبیعی یا به صورت اجباری رخ دهد. جریان های گذرا حاصل رشد ناپایداری ها در سیال است. به طور مثال وقتی که مشغول شبیه سازی جریان جا به جایی طبیعی هستیم، استفاده از حل های وابسته به زمان در انسیس فلوئنت موجب افزایش همگرایی شبیه سازی خواهد شد. به عنوان مثالی از جریان گذرای اجباری نیز می توان از جریان پالسی دریک نازل یا برهم کنش روتور- استاتور نام برد.
اما همانطور که در ابتدای مقاله گفته شد استفاده از حلگر وابسته به زمان در نرم افزار انسیس فلوئنت بسیار چالش برانگیز است. دلیل این چالش استفاده از گام زمانی بوده که در مقاله جداگانه ای به این موضوع پرداخته شده است.
مراحل شبیه سازی گذرا در انسیس فلوئنت (وابسته به زمان)
برای فعال کردن شبیه سازی های وابسته به زمان یا به اصطلاح Transient simulation باید مطابق با عکس زیر گزینه Transient را فعال کنیم:
با فعال کردن این گزینه شبیه سازی شما به راحتی تبدیل به یک شبیه سازی وابسته به زمان یا شبیه سازی گذرا در انسیس فلوئنت خواهد شد. پس از این مرحله میبایست تمامی بخش های شبییه سازی خود مانند تعیین شرایط مرزی را در انسیس فلوئنت انجام دهید.
یکی از نکاتی که در شبیه سازی وابسته به زمان بسیار مهم می باشد خروجی های حاصل از شبیه سازی است. اگر شما قصد دارید که یک نمودار وابسته به زمان از یک متغییر استخراج کنید، بهتر است که همین ابتدای کار آن را در بخش Report definition مشخص کنید. اما چرا؟
نحوه استخراج نتایج در حلگر وابسته به زمان (Transient )
با توجه به این که برای خروجی های وابسته به زمان مانند سرعت- زمان ، فشار-زمان و دما-زمان نیاز دارید که در هرگام زمانی یک خروجی کیس دیتا از انسیس فلوئنت ذخیره کنید، حجم فایل های ذخیره شده بسیار زیاد خواهد شد. برای درک بهتر این موضوع به یک مثال ساده می پردازیم:
اگر میانگین حجم فایل کیس دیتا شما در هرگام زمانی 100مگ باشد و شبیه سازی شما با گام زمانی 0.001 انجام شود برای 5 ثانیه شبیه سازی نزدیک به 50 گیگ فضای ذخیره سازی نیاز دارید که فضای زیادی می باشد. حتی اگر مسئله حجم فایل ها هم مشکلی برای شما ایجاد نکند، این نکته را در نظر بگیرید که نرم افزار انسیس فلوئنت پس از هر گام زمانی باید برای شما یک کیس دیتا ذخیره کند که خود موجب افزایش زمان شبیه سازی می شود. پس پیشنهاد ما این است که قبل از شبیه سازی های وابسته به زمان، نمودارهای خود را در بخش Report definition مشخص تا پس از اتمام شبیه سازی به راحتی آن را ترسیم کنید.
چطور در حل وابسته به زمان ( گذرا ) برای هرگام زمانی یک کیس دیتا ذخیره کنیم؟
برای این کار کافی است به بخش Calculation activities رفته و مطابق با عکس زیر ، مقداری را برای ذخیره سازی مشخص کنید.
اگر در بخش مشخص شده در شکل زیر عدد یک را وارد کنید به این معنی است که در هرگام زمانی برای شما یک کیس دیتا ذخیره می شود. اگر عدد 10 وارد شود ، در هر 10 گام زمانی فرآیند ذخیره سازی صورت می گیرد.
در قدم آخر باید به سراغ تعیین گام زمانی رفته و این مقدار را برای شبیه سازی خود وارد کنید. فقط در نظر داشته باشید که همگرایی در هرگام زمانی باید برای شبیه سازی حاصل شود. برای تعیین گام زمانی نیز میتوانید از فرمول زیر استفاد کنید. با مشخص بودن سایز سلول استفاده شده در شبکه بندی و همچنین سرعت ورودی در دامنه سیال، مقدار گام زمانی برای شبیه سازی شما بدست خواهد آمد. اما در نظر داشته باشید که این مقدار توسط کاربر میتواند انتخاب شود و فرمول ذکر شده تنها یک پیشنهاد برای انتخاب گام زمانی میباشد.
برای انتخاب گام زمانی به بخش Run Calculation رفته و گام زمانی خود را تنظیم کنید.
علاوه بر انتخاب بازه گام زمانی، شما میبایست تعداد گام های زمانی خود را نیز وارد کنید، تا نشان دهد شبیه سازی برای چه مدت زمان انجام شود. به صورت مثال اگر این مقدار عدد 100 وارد شود و مقدار گام زمانی شما نیز 0.01 باشد با ضرب کردن گام زمانی و تعداد آن، زمان شبیه سازی یعنی 1 ثانیه بدست خواهد آمد.
Simulation Time = 0.01*100 = 1 second
در نهایت پس از مشخص کردن گام زمانی و تعداد آن ، باید تعداد تکرارهای خود را انتخاب کنید. با انتخاب تعداد تکرارها یا Iteration ، نرم افزار فلوئنت در هر گام زمانی، معادلات حاکم بر جریان را به تعداد تکرارهای درج شده حل خواهد کرد( اگر در تعداد کمتر از عدد درج شده در تعداد تکرارها به همگرایی برسد به سراغ گام زمانی بعدی خواهد رفت). به عنوان پیشنهاد تعداد تکرار ها را عددی بالا قرار دهید تا مطمئین شوید در هر گام زمانی شبیه سازی شما همگرا خواهد شد.
نکاتی برای موفقیت در مدل سازی جریان گذرا در انسیس فلوئنت
- برای کوپلینگ فشار-سرعت از حلگر PISO استفاده کنید. این روش نسبت به روش Simple همگرایی سریع تری خواهد داشت.
- سعی کنید گام زمانی به گونه ایی انتخاب شود تا حل شما در تعداد تکرارهای زیر 50 به همگرایی برسد. این کار موجب میشود که شما زمان کمتری برای شبیه سازی صرف کنید.
عالی
تشکر