روش های مختلف تولید شبکه در نرم‌ افزار OpenFOAM

نویسنده admin 1396/02/23 0 نظر مطالب,
روش های مختلف تولید شبکه در نرم‌ افزار OpenFOAM

 

کلیت مراحل شبیه سازی و مدلسازی جریان سیال به روش دینامیک سیالات محاسباتی در تمامی نرم افزارهای تجاری و همچنین نرم افزار های متن باز مانند نرم افزار اپن فوم به یک صورت است. به طوری که ابتدا بایستی هندسه مسئله که یکی از مهمترین پارامترهای دخیل در مدلسازی است به نرم افزار Openfoam وارد شود که اصطلاحاً این مرحله، به همراه یک سری تنظیمات اولیه لازم در حلگر، مرحله پیش پردازش یا pre processing نامیده می شود. پس از این مرحله نوبت به مرحله پردازش اصلی و اجرای برنامه رسیده و در نهایت هم مرحله پس پردازش یا همان post processing است که به تحلیل داده های ناشی از مرحله پردازش اصلی می پردازد. این مراحل بطور کلی در هر نوع نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی بایستی دنبال شود تا بتوان مدلسازی و شبیه سازی یک مسئله را به درستی انجام داد.

 

در نرم افزار اپن فوم این امکان به کاربر داده می شود که بتواند هرکدام از مراحل پیش پردازش و همچنین پس پردازش را بوسیله سایر نرم افزار های تخصصی این حوزه انجام داده و سپس به اپن فوم انتقال داد. نرم افزار Openfoam برای سهولت، امکانات مخصوصی در نظر گرفته که بتوان در روشی هرچه سازگارتر با اپن فوم هندسه و مدل مسئله را وارد نمود. BlockMesh یکی از امکاناتی است که نرم افزار اپن فوم برای ساخت هندسه و مش زنی آن در نظر گرفته است، که البته شایان ذکر است که این قابلیت توانایی‌های بالایی در تولید هندسه و به تبع آن مش‌زنی خصوصاً در مسائل پیچیده ندارد و بیشتر برای مسائل ساده توصیه می‌شود. بنابراین می‌توان هندسه مسائل پیچیده را با نرم افزار های مخصوص مانند کتیا و سالیدورک و ... تولیدنمود و آنگاه به نرم افزار های حوزه تولید مش انتقال و در نهایت به نرم افزار اپن فوم انتقال داد.

 

اما آنچه خود نرم افزارمهندسی اپن فوم برای توسعه قابلیت‌های blockMesh در نظر گرفته است تا بتوان شبکه‌بندی هندسه های پیچیده را انجام داد، قابلیت snappyHexMesh است که قابلیت های فراوانی در تولید مش‌های ساختار یافته برای ورود به نرم افزار اپن فوم در اختیار کاربر می‌گذارد.

 

ابزار snappyHexMesh از نرم افزار اپن فوم، با دریافت فایل مربوط به سطح هندسه مورد نظر که می‌تواند با نرم افزار های مختلف تجاری با پسوند STL ایجاد شده، به تولید شبکه محاسباتی سه بعدی برای مسئله بپردازد. به این صورت که توسط یک روش تکراری مش ساختار یافته با سطح مورد نظر، هرچند بصورت قسمتی از شش ضلعی تطبیق پیدا می کند. برای وارد نمودن هندسه مسئله و تولید مش برای آن بایستی مراحلی طی شود که به شرح ذیل خواهد بود.

 

ابتدا بایستی در یک قالب مشخص هندسه مسئله مورد نظر ایجاد شده و پس از آن  فایل STL مربوط به سطحی از هندسه که قرار است روی آن مش تولید شود از نرم افزار تولید هندسه استخراج شده و برای تولید مش در فولدر مربوط به کیس مورد نظر قرار گیرد. این نکته را باید در ذهن داشت که همان طورکه نرم افزار اپن فوم ماهیتی سه بعدی دارد ابزار snappyHexMesh هم نیز ماهیتی سه بعدی دارد که البته برای یادگیری اولیه می‌توان از هندسه های ساده و دوبعدی استفاده نمود. فایل مربوط به سطح مورد نظر می تواند در قالب فایل های binary و همچنین  ASCII نیز استخراج گردد. این فایل که بهتر است با پسوند STL باشد بایستی در شاخه constant/triSurface مربوط به کیس مورد نظر قرار گیرد.

 

در مرحله بعدی بایستی یک مش پس زمینه که کل دامنه محاسباتی را پوشش می دهد ایجاد گردد که این کار می تواند بوسیله ابزار blockMesh در نرم افزار اپن فوم انجام شود. این کار باید قبل از اجرای snappyHexMesh صورت گیرد، که اصطلاحا به این مش ابتدایی، مش اولیه دامنه محاسباتی می‌گویند.

در حین تولید این مش مقدماتی بایستی به نکات زیر نیز توجه نمود:

اول اینکه بایستی تمامی مش ها شش وجهی یا hexahedral باشد.

 

دوم اینکه بایستی باید aspect ratio مربوط به این مش اولیه عددی نزدیک به یک باشد. حداقل اینکه در نزدیکی مرزهای سطح جامد، این عدد بسیار به عدد یک نزدیک باشد؛ این کار در کیفیت مش نهایی تاثیر بسزایی خواهد داشت.

سوم اینکه بایستی این مش بایستی در فضایی ایجاد شود که حداقل در یک سلول با فایل STL مربوطه، تقاطع داشته باشد.

برای تنظیم یک سری گزینه ها قبل از انجام این فرآیند، بایستی به دیکشنری مربوط به snappyHexMesh مراجعه کرد تا بتوان این فرآیند را به صورت دلخواه کنترل نمود.

 

پس از تولید مش پیش زمینه و در اختیار داشتن فایل STL مربوط به سطح هندسه حال فرآیند به این مرحله خواهد رسید که بایستی مش‌های پس زمینه‌ای که سطح هندسه از روی آن عبور می‌کند به المان‌های شکسته شده‌ای تبدیل شود. این کار در این مرحله انجام می‌شود که در واقع مش پس زمینه ایجاد شده در محل عبور سطح، قابلیت جدا شدن با حفظ سطح فایل STL را داشته باشد. مرحله بعدی مربوط به این خواهد بود که حال که مش پس زمینه در روی سطح قابلیت جدا شدن پیدا کرده است، بتواند جداشده و در واقع دامنه اصلی محاسباتی شبکه‌بندی شود.

 

در شکل زیر هم مش‌های پس زمینه تولید شده توسط BlockMesh قابل مشاهده است و هم مش‌های ویژه ای که در روی مرزها تولید شده است.

 

 

 در این شکل کاملا مشخص است که بایستی مش‌های تولید شده در داخل هندسه شماتیک خودرو حذف شود تا بتوان دامنه محاسباتی مربوط به جریان روی خودرو را داشت. که این امکان هم توسط این ابزار فراهم شده است. یکی از قابلیت های مهم این ابزار این است که می‌توان با بهبود دادن کیفیت مش‌های روی مرز، دقت مش تولید شده و همچنین دقت محاسبات را افزایش داد.

 

برای مطالعه بیشتر مقاله های آموزشی می توانید با کلیک بر روی عناوین زیر به مقالات مربوطه هدایت شوید:

 

آموزش نصب نرم افزار Fluent

معرفی نرم افزار Visual Studio

مدل سازی احتراق در نرم افزار Fluent

مراحل نصب نرم افزار Bitzer

 

 

افزودن نظر