شرایط مرزی در فلوئنت – boundary conditions

شرایط مرزی در فلوئنت ، متغیرهاي حرارتی و جریان سیال را روي مرزهاي دامنه محاسباتی را مشخص میکند. بنابراین تعیین شرایط مرزی در انسیس فلوئنت یک موضوع حساس در شبیه سازی عددي جریان سیال بوده و تعریف مناسب آن از اهمیت بسیار زیادي برخوردار است. بطور کلی شرایط مرزی در نرم افزار فلوئنت به چند دسته زیر تقسیم میشود:

• شرط مرزی ورودی (Inlet)
• شرط مرزی خروجی (Outlet)
• شرط مرزی دیواره (Wall)
• شرط مرزی فشار معلوم (Prescribed Pressure)
• شرط مرزی تقارن (Symmetry)
• شرط مرزی تقارن (Symmetry)
• شرط مرزی تکراری (Periodic)

برای استفاده از هریک از شرایط مرزی کاربر باید به محل قرار گرفتن آن توجه داشته باشد. به طور مثال استفاده از شرایط مرزی سرعت ورودی در محل هایی که در دو طرف آن سلول محاسباتی قرار گرفته است مجاز نبوده و مطابق با جدول زیر شرایط مرزی در انسیس می بایست انتخاب گردد.

چگونگی استفاده از شرایط مرزی در فلوئنت boundary conditions

به منظور استفاده از هریک از شرایط مرزی در فلوئنت میبایست مطابق جدول بالا محل قرار گیری آن مشخص گردد و در صورت عدم رعایت موارد ذکر شده در هنگام استفاده از چک مش ( Check mesh ) با خطا مواجه خواهید گردید. حال به بررسی هریک از شرایط مرزی فلوئنت و موارد استفاده آن ها می پردازیم. (در دوره آموزش انسیس فلوئنت به صورت کامل به بررسی شرایط مرزی در فلوئنت پرداخته شده است)

حتما بخوانید

دوره آموزش فلوئنت

23 ساعت

شرط مرزی سرعت ورودی  Velocity inlet

شرط مرزی سرعت ورودی   Velocity inlet بیشتر برای جریان های تراکم ناپذیر (با اعداد ماخ کمتر از یک) استفاده شده و در جریان های تراکم پذیر و زمانی که عدد ماخ بالاتر از یک می باشد میتواند منجر به پاسخ های نادرست گردد.

شرط مرزی فشار ورودی Pressure inlet

در زمانی که مقادیر فشار ورودی مشخص می باشد کاربر میتواند از شرط مرزی فشار ورودی Pressure inlet استفاده کند. این مرز برای جریان تراکم پذیر و تراکم ناپذیر استفاده میگردد.

شرط مرزی دبی ورودی  Mass Flow inlet

این مرز برای جریان تراکم پذیر طراحی شده است و استفاده از آن برای جریان تراکم ناپذیر توصیه نمی شود. در شرط مرزی دبی ورودی  Mass Flow inlet مقدار فشار کل به نحوی تنظیم گردد که دبی مورد نظر تنظیم شده در منوی ورودی ارضا شود.

مقادیر supersonic/initial pressure  نیز برای جریان های مافوق صوت به عنوان فشار استاتیکی تنظیم میگردد. در جریان های فروصورت نیازی به تنظیم این مقدار نمی باشد. مورد بعدی در شرایطی است که مقدار دهی ابتدایی در زمان حل از روی مرز مذکور باشد و به عنوان حدس اولیه در نظر گرفته میشود.

 آموزش کامل شبکه بندی در بهترین نرم افزار شبکه بندی انسیس روی لینک زیر کلیک کنید
آموزش ICEM CFD

شرط مرزی فشار خروجی Pressure Outlet

شرط مرزی فشار خروجی Pressure Outlet برای شبیه سازی جریان تراکم پذیر و تراکم ناپذیر کاربرد دارد. مقدار فشار تنظیم شده فشار استاتیکی محیط است که جریان به آن تخلیه می شود. در جریان تراکم ناپذیر که مقدار سرعت ورودی تنظیم شده است و هدف محاسبه میدان سرعت و اختلاف فشار است ، مقدار تنظیم شده برای فشار خروجی اهمیتی ندارد زیرا در این گونه مسایل ترم فشار به صورت اختلاف فشار دیده میشود.

شرط مرزی جریان خروجی Outflow

در این مرز مقادیر و از جمله فشار در خروجی دامنه حل برون یابی می شوند. شرط مرزی جریان خروجی Out flow تنها در شبیه سازی تراکم ناپذیر و در شرایطی که مقادیر ورودی جریان بر حسب فشار نباشد کاربرد دارد. این مرز بهتر است در جریان های کاملا توسه یافته استفاده شود. به طور کلی این مرز بی کیفیت ترین مرز خروجی نرم افزار است و استفاده از آن توصیه نمی شود. همگرایی آن در مقایسه با شرط مرزی فشار خروجی غالبا پایین تر است و در صورت جریان برگشتی پاسخ ها اشتباه است.

شرط مرزی فشار خروجی همراه با افت Outlet Vent

این مرز کاملا شبیه شرط مرزی فشار خروجی بوده تنها با این تفاوت که برروی مرز خروجی یک افت فشار در نظر گرفته میشود. میزان افت فشار تابعی از سرعت جریان عبوری از مرز است. شرط مرزی فشار خروجی همراه با افت Outlet Vent برای شبیه سازی که در خروجی ان یک تجهیز افت فشار قرار گرفته پیشنهاد میشود.

شرط مرزی فشار خروجی همراه با تقویت فشار  Exhaust Fan

این مرز کاملا شبیه شرط مرزی فشار خروجی بوده تنها با این تفاوت که برروی مرز خروجی یک تقویت فشار در نظر گرفته میشود. میزان تقویت فشار تابعی از سرعت جریان عبوری از مرز است. به طور مثال در شبیه سازی شما اگر فن و یا کمپرسور نصب شده است از شرط مرزی فشار خروجی همراه با تقویت فشار  Exhaust Fan میتواند استفاده کند.

شرط مرزی فشار ورودی همراه با تقویت فشار Intake Fan

شرط مرزی فشار ورودی همراه با تقویت فشار Intake Fan تفاوت خاصی با مرز ذکر شده در بالا نداشته و تنها برای ورودی تنظیم می شود. دقت داشته باشید برای تنطیم این مقادیر میبایست از یک آزمایش این فشارها استخراج شود.

شرط مرزی فشار و سرعت در دوردست Pressure Far Field

این مرز اغلب در شبیه سازی جریان ایرودینامیک که به صورت تراکم پذیر است و برای اجسامی که حول آن فضای بی نهایت است استفاده میشود. باید از گاز ایده آل برای چگالی  در مواقع به کار بردن شرط مرزی فشار و سرعت در دوردست Pressure Far Field استفاده گردد.  به طور مثال وقتی کاربر نیاز به شبیه سازی جسم پرنده موشک هواپیما یا جریان حول قطار دارد ، میتواند برای این گونه شبیه سازی ها از این مرز استفاده کند. مقادیر مورد نیاز در این شرط مرزی فلوئنت عدد ماخ راستای جریان و فشار استاتیکی در دوردست میباشد.

شرط مرزی تقارن Symmetry

در زمانی که شبیه سازی شما از نظر هندسی و جریانی متقارن میباشد میتوانید از شرط مرزی تقارن Symmetry استفاده کنید. استفاده از این مرز میتواند تعداد سلولهای محاسباتی را نصف کرده که به موجب آن حل شما زمان کمتری نیاز دارد. اما دقت کنید تقارن هندسه به معنی تقارن جریان نمیباشد. به طور مثال یک هواپیما را در نظر بگیرد در صورتی که وزش باد با زاویه همراه باشد دیگر استفاده از این مرز صحیح نمیباشد زیرا جریان شما متقارن نیست.
در شرط مرزی تقارن Symmetry کلیه گرادیان های عمود بر مرز صفر بوده و هیج جریانی از آن عبور نمی کند و تنها وردی این مرز اسم آن می باشد یعنی تنظیمات این قسمت شرایط مرزی در انسیس فلوئنت به صورت خودکار انجام می شود.

شرط مرزی تکرار شونده Periodic

در شبیه سازی هایی استفاده میگردد که دامنه حل آن دارای تقسیم بندی های مشابه از نظر الگوی جریان هستند. و به دو دسته زیر تقسیم بندی می شود:

• تکرار شوند چرخشی  Rotational Periodic
• تکرار شونده انتقالی Translational periodic

در هرکدام از موارد بالا میتوان قسمتی از هندسه را شبیه سازی کرد و اثر سایر بخش ها را با استفاده از شرط مرزی تکرار شونده Periodic مشاهده کرد. دقت داشته باشید برای استفاده از این مرز باید شبکه شما به صورت پریودیک ریخته شود و در صورت عدم رعایت قواعد شبکه بندی با خطا مواجه خواهید شد.