شبکه بندی در انسیس ورک بنچ چیست؟ – کیفیت شبکه و مش کوالیتی

اگر به شبیه سازی با ماژول های مختلف انسیس مشغول هستید حتما با این سوالات مواجه شده اید که اصولا شبکه بندی در انسیس به چه علت انجام می گیرد؟ چرا حل مسئله تا این حد به مش زنی صحیح ما وابسته است؟ معیار و ملاک مناسب برای کیفیت مش و شبکه بندی ( مش کوالیتی ) چیست؟ و چرا باید برای شبکه بندی یا مش زنی زمان بگذاریم؟ در این مقاله به بررسی این سوالات خواهیم پرداخت . اگر در حال انجام یک شبیه سازی CFD  هستید و شبیه سازی شما همگرا نمی شود و یا مدل شما دارای پیچیدگی های زیاد و  تعداد قطعات بالا می باشد شاید با صرف پنج دقیقه زمان برای خواندن این مقاله شما هفته ها در انجام شبیه سازی خود پیشروی داشته باشید.

باید بدانیم که تحلیل هر مسئله چه در زمینه فلوئنت و CFX باشد چه استفاده از نرم افزاری مانند آباکوس و … با استفاده از روش های حجم محدود(FVM) ،  المان محدود(FEM) و اختلاف محدود(FDM) انجام می گیرد. برای رسیدن به کیفیت مناسب در شبکه بندی انسیس فلوئنت باید کیفیت همواری آن یا Smoothness  ، کیفیت خوابیدگی یا Skewness و کیفیت نسبت منظری یا Aspect Ratio را در نظر داشته و بر پایه این الگوها به شبکه بندی بپردازیم.

شبکه بندی در انسیس فلوئنت

معادلات دیفرانسیل جزئی که جریان سیال و انتقال حرارت را کنترل می‌کنند معمولا تابع راه‌حل‌های تحلیلی نیستند . برای تجزیه و تحلیل جریان سیال، دامنه‌های جریان به subdomains کوچک‌تر تقسیم می‌شوند. سپس معادلات حاکم در هر یک از این subdomains گسسته سازی و حل می‌شوند. به طور معمول، یکی از سه روش برای حل مدل تقریبی سیستم معادلات استفاده می شود.

1.  حجم محدود(FVM)
2.  المان محدود(FEM)
3.  اختلاف محدود(FDM)

برای مثال نرم افزارهای Fluent و  CFX  از روش حجم محدود ( FVM ) و نرم افزارهای Abaqus و Comsol از روش المان محدود (FEM) برای حل معادلات و انجام شبیه سازی ها استفاده می کنند.

نرم افزار فلوئنت با بهره گیری از روش حجم محدود معادلات حاکم بر سیال را حل می کند. پس برای شبیه سازی یک مسئله در حوزه دینامیک سیالات محاسباتی  نیاز به ایجاد شبکه بر روی دامنه حل می باشد.
از جمله نرم افزارهایی که می توان با استفاده از آنها مدل های محاسباتی خود را شبیه سازی کرد، عبارتند از :

• ICEM CFD
• Ansys meshing
• Gambit
• TurboGrid
• Pointwise

هر یک از نرم افزارهای ذکر شده با توجه به توانایی کاربر در ایجاد یک شبکه با کیفیت، می تواند نیاز آن را در حوزه شبکه بندی در دینامیک سیالات محاسباتی برطرف کند. ایجاد شبکه با توجه به اثرگذاری آن به طور مستقیم بر روی جواب های حاصل از شبیه سازی ، و همچنین تاثیر در همگرایی مسئله بسیار مهم است که در ادامه به بررسی و معرفی معیارهای ایجاد یک شبکه با کیفیت در انسیس فلوئنت می پردازیم.

چرا باید برای شبکه بندی یا مش بندی زمان بگذاریم در صورتی که با زدن یک دکمه مدل من شبکه بندی می شود؟

پاسخ این سوال بسیار ساده است ، یک کلیک کنید و روزها بر روی همگرایی یا جواب های ناصحیح وقت بگذارید.
به طور کلی شبکه بندی مدل محاسباتی یکی از مهمترین قسمت های یک شبیه سازی می باشد. یک شبکه با کیفیت می تواند روند حل را تسریع بخشیده و حتی جواب های دقیق تری از شبیه سازی حاصل شود.

در مقابل یک شبکه بی کیفیت باعث رسیدن به پاسخ های نادرست و همگرایی ضعیف و حتی عدم همگرایی می شود . اگر در حال شبیه سازی یک مسئله CFD هستید، با یک شبکه بندی درست و اصولی می توانید پشت لکسوس نشسته و به آخر خط رسیده یا با یک شبکه بندی نامطلوب پشت پراید خود نشسته و مسیر شبیه سازی را طی کنید ( اگر وسط راه چپ نکنید ).

از کجا بدانم شبکه خوبی در فلوئنت ایجاد کرده ام  و مش کوالیتی مناسبی دارم

برای این که متوجه بشویم شبکه بندی خوبی داریم باید چند معیار را بررسی کنیم. چگونگی رسیدن به کیفیت مناسب در این معیارها ، نیاز به آموزش و تمرین دارد که  در یوتیوب و منابع آموزشی مختلف وجود دارد. البته ما نیز آموزش شبکه بندی در انسیس را با ذکر تمام نکات در سایت قرار داده ایم . مخصوصا دوره اموزش icem ما که بسیار کامل و جامع می باشد.

برای مشاهده دوره آموزش بهترین نرم افزار ایجاد مش در انسیس ICEM CFD کلیک کنید

حتما بخوانید

آموزش ICEM CFD

16 ساعت

معیارهای یک شبکه بندی خوب و کیفیت مش  در  انسیس فلوئنت :

1-  اولین معیار شبکه با کیفیت در فلوئنت  ، همواری آن یا Smoothness می باشد.

در این معیار اندازه المان های مجاور هم نباید نسبت به یکدیگر خیلی متفاوت باشد . به طوری که گفته می شود اندازه دو المان مجاور می بایست نسبتی زیر ۲ و حدود ۱.۲ داشته باشد . رعایت نکردن این معیار بر روی همگرایی مسئله تاثیر گذار است و در هر نوع شبکه سازمان یافته و یا بی سازمان می بایست بررسی شود. بنابراین برای ایجاد مش لایه مرزی باید همواره سعی کنیم نسبت بزرگ شدن مش ها مقادیر ذکر شده باشد.

2- دومین معیار  کیفیت مش در انسیس خوابیدگی یا Skewness شبکه می باشد.

این معیار بین صفر تا یک قرار دارد و در صورتی که اندازه زوایای المان نود درجه باشد مقدار کیفیت خوابیدیگی صفر شده که بهترین حالت برای یک شبکه محاسباتی است. اما در مقابل با تیز شدن شبکه مقادیر مربوط به خوابیدگی شبکه به سمت یک رفته که بر روی دقت حل تاثیر گذار بوده اما گاهی به دلیل انحناهای شدید در هندسه مثل توربین این معیار به بیشتر از 0.9 رسیده اما طبیعتا باید تحت کنترل و محدود به تعداد اندکی المان باشد.

3-  سومین معیار کیفیت مش در فلوئنت نسبت منظری یا Aspect Ratio می باشد.

این معیار نسبت ضلع بزرگتر به ضلع کوچکتر را بیان می کند. (به بیان ساده تر: کوچکترین المان به بزرگترین المان)
مقدار این معیار می تواند هر عددی باشد اما باید به این نکته مهم توجه کنید که اگر المان شما در جهت گرادیان های شدید طویل بشود و نسبت منظری در این جهت زیاد شود ، این مش با اشکالاتی مواجه می باشد.

به عنوان مثال لایه مرزی را در نظر بگیرید اگر گرادیان در جهت x اندک باشد ، پس می توانید سلول را در این جهت طویل کنید اما اگر در جهت y سلول ها طویل شوند چون گرادیان در این جهت شدید هست، پس انتطار پاسخ درست یا حداقل همگرایی قوی نداشته باشید . دقت کنید این معیار بیشتر در شبکه بندی سازمان یافته و لایه مرزی اهمیت پیدا می کند.

برای کسب اطلاعات جامع پیرامون کیفیت مش و شبکه بندی در انسیس می توانید دوره جامع آموزش فلوئنت را مشاهده کنید.