شبیه‌سازی CFD توپ بدمینتون (Shuttlecock CFD Simulation)

شبیه‌سازی CFD توپ بدمینتون (Shuttlecock CFD Simulation) در راستای فعالیت‌های تحقیقاتی و آموزشی انجام شده است. مهمترین اهداف این شبیه سازی عبارتند از:

فراخوانی مدل‌های هندسی پیچیده و ساده سازی آن جهت استفاده در نرم افزارهای CFD
تولید شبکه بی‌سازمان همراه با لایه مرزی حول اجسام پیچیده برای رسیدن به +Y کمتر از 10
حل میدان جریان آشفته همراه در اطراف توپ بدمینتون
محاسبه ضریب درگ توپ بدمینتون
بهینه سازی شکل هندسی باربز (barbs) توپ بدمینتون برای کاهش ضریب درگ
حل مجدد جریان حول توپ بدمینتون و محاسبه ضریب درگ
نمایش نتایج مناسب برای اهداف مهندسی و تبلیغاتی

نرم افزار‌های مورد استفاده

در این شبیه سازی از نرم افزارهای زیر استفاده شده است:

ساده سازی مدل و تولید دامنه محاسباتی در ماژول Design Modeler در محیط Ansys Workbench
تولید شبکه بی سازمان همراه با لایه مرزی در ماژول Ansys Mesh در محیط Ansys Workbench
حل مسئله در نرم افزار Fluent
بهینه سازی هندسه باربز توپ بدمینتون با استفاده از ماژول Adjoint Solver
نمایش نتایج در نرم افزار Fluent و همچنین ماژول Ansys Results در محیط در محیط Ansys Workbench

روش انجام کار

پس از فراخوانی فایل در در نرم افزار Design Modeler، به دلیل وجود صفحات بسیار زیاد ابتدا تا حدا امکان صفحات با هم یکی (Merge) شد. سپس صفحات باقیمانده با استفاده از دستور Name Selection نامگذاری شده تا برای تعریف شرایط مرزی و همچنین نمایش نتایج مهیا شوند. قابل توجه است هرچه صفحات با عناوین بیشتری نامگذاری شوند (مثال بجای نامگذاری کل توپ بدمینتون، از نام گذاری جداگانه تاج (Cock)، باربز (Barbs) و … استفاده شود) پس پردازش (Post-Processing) و نمایش نتایج متنوع‌تر، زیباتر و چشم نوازتر خواهد شد هر چند دردسر بیشتری هم دارد.

با فراخوانی فایل در ماژول Ansys Mesh شبکه لایه مرزی برای آن تعریف شده و براساس پیش فرض خود نرم افزار شبکه بندی انجام شد. البته لازم به ذکر است برخی از مقادیر پیش فرض نرم افزار تغییر داده شد.

با تولید شبکه مناسب و ارسال آن به نرم افزار Fluent فرآیند حل انجام شد. مدل آشفتگی K-W SST، مهمترین مدلهای ریاضی هستند که برای شبیه سازی پدیده‌های فیزیکی مرتبط مورد استفاده قرار گرفتند. پایایی و تراکم ناپذیری نیز دو مشخه بارز دیگر این مدلسازی به شمار می‌رود. پس از حل اولیه با استفاده از ماژول Adjoint Solver شکل هندسی بابرز توپ بدمینتون به منظور کاهش ضریب درگ بهینه سازی گردید. فرآیند حل مسئله طبق مراحل زیر می‌باشد:

فرآیند حل:

تصحیح هندسه فراخوانی شده
شبکه بندی بی سازمان همراه با پوشش لایه مرزی
حل میدان جریان آشفته با مدل K-W SST
بهینه سازی باربز توپ بدمینتون با استفاده از ماژول Adjoint Solver
حل دوباره میدان جریان حول توپ بدمینتون و محاسبه ضریب درگ

پس از حل نهایی جریان، نتایج با استفاده از ماژول پس پردازش (Post Proccessing) نرم افزار Fluent و همچنین ماژول Ansys Results در محیط Workbench استخراج گردید. لازم به توضیح است که نمایش نتایج در ماژول پس پردازش Fluent بسیار جامع تر و در عوض در ماژول Ansys Results بسیار چشم نوازتر است!

بخشی از نتایج گرافیکی در شکل‌های زیر نشان داده شده است. برای دیدن تصاویر با ابعاد اصلی ابتدا کلید سمت راست ماوس را بزنید و بعد گزینه Open image in new tab را انتخاب کنید.