شرط مرزی دبی جرمی خروجی
Mass Flow Outlet Boundary Condition
در نرم افزار Fluent امکان استفاده از شرط مرزی جرم خروجی برای پمپ کردن جریان به خارج از دامنه محاسباتی وجود دارد. مقدار این خروجی بصورت دبی یا شار جرمی قابل تعیین است. استفاده از این شرط مرزی در مواقعی که تطبیق دبی جرمی مقدر شده به مراتب مهمتر از فشار استاتیک در خروج باشد، توصیه می‌گردد.
محدودیت‌ها
استفاده از شرط مرزی جرم خروجی با محدودیت‌های زیر همراه است.
- تنها برای جریان تک فاز قابل استفاده است. لذا هیچ‌گونه سازگاری با مدل‌های چند فازی Eulerian، Mixture و VOF در حلگرهای فشار مبنا را ندارد.
- این شرط مرزی همراه با مدل Wet Steam در حلگر چگالی مبنا بکار گرفته نمی‌شود.
- درصورتیکه در مرز خروجی هیچ‌گونه برگش جریانی وجود نداشته باشد و کلا جریان از مرز مذکور خروجی باشد می‌توان از این شرط مرزی بهره برد.
- جرم خروجی تنها گزینه Relative to Adjacent Cell Zone را در قسمت Reference Frame پشتیبانی می‌کند.
ورودی‌ها در شرط مرزی دبی جرمی خروجی
برای تنظیم شرط مرزی فوق لازمست پارامترهای زیر بصورت ورودی در پانل مربوطه مشخص گردند.
- دبی جرمی (Mass Flow Rate)، شار جرمی (Mass Flux) یا شار جرمی همراه با مقدار میانگین شار جرمی
- جهت جریان
- پارمترهای تابش در قسمت Radiation برای شبیه‌سازی جریان‌های همراه با انتقال حرارت تابشی با استفاده از مدل‌های P-1، DTRM، DO، S2S و MC در صورت لزوم.
- پارامترهای مرزی فاز گسسته (Discrete Phase) در قسمت DPM برای محاسبه جریان همراه با فاز گسسته احتمالی
شکل-1: پانل شرط مرزی جریان خروجی.
چگونگی تعریف دبی یا شار جرمی خروجی
در نرم‌افزار فلوئنت می‌توان نرخ دبی جرمی یا شار جرمی خروجی را بعنوان شرط مرزی جرم خروجی وارد کرد. انتخاب نوع تعیین جرم ورودی، به روشهای فوق، با استفاده از گزینه‌های دبی جرمی (Mass flow Rate) ، شار جرمی (Mass Flux) و یا متوسط شار جرمی (Mass Flux With Average Mass Flux) در کادر فهرست Mass Flow Specification Method، انجام می‌شود. در صورت انتخاب گزینه Mass Flow Rate می‌توان دبی جرمی را بصورت تابعی از زمان و بوسیله UDF تعریف نمود. بطور کلی برای تعیین شرط مرزی جرم خروجی بصورت ثابت یا با استفاده از پروفایل یا UDF باید بصورت زیر عمل نمود:
- روش تعیین شار ورودی در کادر فهرست Mass Flow Specification Method، انتخاب شود.
- در صورت انتخاب گزینه Mass Flow-Rate (پیش فرض)، باید نرخ دبی جرمی خروجی مشخص گردد. مجددا تأکید می‌شود دبی جرمی تنها بصورت تابعی از زمان در مواقع استفاده از UDF قابل تعریف است. باید توجه داشت که برای مسائل تقارن محوری، دبی جرمی خروجی همان دبی جرمی خروجی در کل دامنه محاسباتی می‌باشد.
- در صورت انتخاب گزینه Mass Flux، باید شار جرمی خروجی مشخص گردد. ذکر این نکته ضروریست که در مسائل تقارن محوری شار جرمی خروجی، مقدار دبی جرمی ورودی در 1 رادیان می‌باشد نه کل دامنه محاسباتی.
- در صورت انتخاب گزینه Mass Flux With Average Mass Flux، باید شار و متوسط شار جرمی در کادرهای متن Mass Flux و Average Mass Flux وارد شود. همچنین در مسائل تقارن محوری شار جرمی ورودی، دبی جرمی ورودی در 1 رادیان می‌باشد نه کل دامنه محاسباتی.
- جهت جریان تعیین شود.
- سایر پارامترهای اسکالر جریان مشخص گردد.
باید توجه داشت که نرم افزار Fluent پروفایل احتمالی تعریف شده برای شرط مرزی جرم خروجی را در صورت نیاز به گونه‌ای تغییر می‌دهد که همیشه شرط متوسط شار جرمی (Average Mass Flux) ارضا شود.
فرآیند محاسبات در شرط مرزی خروجی
درو روش برای تعیین میزان جرم عبوری وجود دارد. در روش اول دبی جرمی، ṁ، برای خروجی مشخص می‌شود. روش دوم نیز همان تعیین شار جریان (دبی جریان بر واحد سطح) است. در صورت تعیین دبی جرمی کل نرم افزار Fluent با تقسیم این مقدار بر مساحت مرز خروجی مقدار شار جرمی را محاسبه می‌کند. رابطه ρVn=A/ ṁ.
شار جرمی در پانل شرط مرزی جرم خروجی می‌تواند ثابت یا متغیر (بصورت پروفایل یا UDF) تعریف شود. تصحیح پروفایل شار جرمی با انتخاب میانگین شار جرمی امکان پذیر است. تعیین مقدار چگالی سیال، ρ، برای محاسبه سرعت نرمال خروجی از الزامات محاسباتی این شرط مرزی به شمار می‌رود. سایر مؤلفه‌های سرعت براساس مقادیر بالادستی و در داخل میدان جریان، برونیابی می‌شوند. بطور کلی تمامی متغیرهای اسکالر دیگر جریان مثل فشا، دما، گونه‌های شیمیایی و غیره نیز با برونیابی مقادیر بالادست (داخل دامنه محاسباتی) بدست می‌آیند.
مطالب مرتبط