خطای حجم منفی ( Negative volume ) در بخش دینامیک مش انسیس فلوئنت

اکثر کاربران نرم افزار انسیس فلوئنت در هنگام استفاده از دینامیک مش با خطای حجم منفی در انسیس فلوئنت (Negative volume)  رو به رو شده اند. در این مقاله به بررسی علل این خطا و راه کارهای موجود پرداخته شده است و توضیحات مختصری پیرامون  الگوریتم Overset mesh نیز بیان شده است. لازم به ذکر است تمامی مطالب در این بررسی حاصل تجربیات کاربران در گروه تلگرامی CFD group  است و بر روی تمامی قسمت ها بحث و گفت و گو شده است.

عوامل خطا حجم منفی (Negative volume)

علت­ های  Negative volume Ansys Fluent  به سه دسته تقسیم می­شوند:

1.  تنظیمات اشتباه الگوریتم بروزرسانی شبکه
2.  گام زمانی بزرگ
3.  کیفیت نا مناسب شبکه

سه عامل ذکر شده اصلی ­ترین عوامل خطای حجم منفی هستند و کاربر با اصلاح تنظیمات میتواند از ایجاد این خطا جلوگیری کند.

1- تنظیمات اشتباه الگوریتم بروزرسانی شبکه

با توجه به الگوریتمی که کاربران برای حرکت مرز متحرک انتخاب می­کنند، تنظیمات صحیحی برای این بخش باید انتخاب شود. به طور مثال در هنگام استفاده از الگوریتم Layering  کاربر باید Cell height  خود را با در نظرگرفتن اندازه شبکه و پارامترهای دیگر مثل Collapse ratio مشخص کند. یا در هنگام استفاده از روش Smoothing  می بایست ضریب سختی شبکه یا همان Spring constant factor  را با توجه به نوع حرکت تنظیم کند.

به طور مثال در شکل زیر تنظیمات مربوط به الگوریتم Smoothing  نشان داده شده است.

اما دقت داشته باشید انتخاب هریک از این الگوریتم ها باید با توجه به نوع حرکت مرزها انجام گیرد و استفاده  همزمان از آن ها هزینه محاسباتی بالایی دارد.

حتما بخوانید

 آموزش دینامیک مش

9 ساعت

2-گام زمانی(Time Step)

انتخاب گام زمانی بزرگ نیز می تواند سبب ارور حجم منفی یا Negative volume شود. برای انتخاب گام زمانی بهینه فرمول­­ های مختلفی مانند  CFL ایجاد شده است. اما بهترین راه، مشاهده تعداد تکرارهای یک گام زمانی است. به طور مثال اگر در گام زمانی سوم ، در تکرار 100 همگرایی حاصل می­ گردد، پیشنهاد می­ شود که از گام زمانی کوچکتر استفاده گردد. این روند تا جایی ادامه پیدا کند تا هر گام زمانی در کمتر از 50 الی 25 تکرار همگرا شود. البته همیشه گام­ های زمانی خیلی کوچک، مناسب شبیه سازی نیست و گاها کوچک کردن افراطی گام زمانی سبب افزایش شدید هزینه محاسباتی شبیه سازی سیال و عدم همگرایی شبیه سازی می­ شوید.

3-کیفیت نامناسب شبکه

یکی از بزرگترین اشتباهات کاربران سی اف دی عدم توجه کافی به نحوه شبکه بندی است. به طوری که اغلب کاربران بدون فراگیری و آموزش مناسب شروع به ایجاد شبکه می­ کنند. و در ادامه و با وارد شدن به محیط فلوئنت با خطاهای فراوانی از جمله خطای حجم منفی مواجه می­ گردند. به طور مثال استفاده از یک مش با زوایای نامناسب موجب واگرایی می شود و زمانی که این مش در ماژول دینامیک مش استفاده شود، با توجه به کاهش طبیعی کیفیت شبکه در طول حل می تواند خطای حجم منفی ( negative volume ) را به سرعت ایجاد کند.

حتما بخوانید

آموزش ICEM CFD

16 ساعت

اما الگوریتم Overset mesh یک خبر خوب برای کاربران فلوئنت

نرم افزار فلوئنت به تازگی الگوریتم Overset mesh  را معرفی کرده که در آن کاربر بدون نیاز به استفاده از دینامیک مش میتواند به شبیه سازی مرزهای متحرک بپردازد. این الگوریتم فقط در ورژن 19 به بعد موجود است، اما محدویت­ هایی برای استفاده از این الگوریتم وجود دارند که انتظار می ­رود در برروز رسانی های آینده تمامی این مشکلات رفع گردند.

نحوه شناسایی سلول ها دارای خطای حجم منفی در انسیس فلوئنت

در هنگام استفاده از دینامیک مش ، پیدا کردن محل ایجاد خطای حجم منفی سخت انچنان سخت نیست و کاربر میتواند به راحتی با نگاه به مش، سلول ها مورد نظر را شناسایی کند. اما در شبیه سازی های سه بعدی به خصوص زمانی که مرز متحرک داخل دامنه محاسباتی است، شناسایی سلول ها با حجم منفی کمی سخت می شود و کاربر هیچ گونه دیدی برای پیدا کردن این سلول ها نخواهد داشت.

برای شناسایی سلول با حجم منفی میتوان به روش زیر عمل کرد:

• مانند عکس زیر ابتدا از بخش adapt وارد تنظیمات adaption control شوید.

• سپس گزینه cell outside rage  را انتخاب کرده و در بخش  بعدی mesh --> Cell Volume  را  انتخاب کنید.

در نهایت برای شناسایی سلول ها دارای حجم منفی برای Iso Min و Iso-Max به ترتیب اعداد 0 و 9999 را وارد کنید. سپس کافی است گزینه Save/display را انتخاب کنید تا سلول ها با حجم منفی شناسایی شوند.