شرط مرزی فشار در بی‌نهایت
Pressure-Far-Field Boundary Condition
شرط مرزی فشار در بی‌نهایت برای تعیین مقادیر شرائط جریان آزاد در مرز بی‌نهایت نظیر عدد ماخ و سایر پارامترهای استاتیکی پیشنهاد می‌گردد. این شرط مرزی بعنوان شرط مرزی مشخصه‌ها (Characteristic Boundary Condition) نیز نامیده می‌شود. تنها در شبیه‌سازی جریان خارجی تراکم‌پذیر که چگالی از معادله گازهای کامل محاسبه می‌گردد، از شرط مرزی مذکور استفاده می‌شود. نکته دیگر اینکه مرز بی‌نهایت باید در فاصله مناسبی نسبت به جسم قرار گرفته باشد. بعنوان مثال برای شبیه‌سازی جریان زیر صوت حول یک ایرفویل لازمست که مرز بی‌نهایت حداقل در فواصل ده برابری طول وتر ایرفویل واقع گردد. بطور کلی مکان مرز بی‌نهایت طوری تعیین گردد که گرادیان‌های جریان در آن ناچیز باشد.
ورودی‌ها در شرط مرزی فشار در بی‌نهایت
ورودیهای مربوط به شرط مرزی فشار در بی‌نهایت عبارتست از:
- فشار استاتیک در قسمت Gauge Pressure
- عدد ماخ در قسمت Mach Number که می‌تواند زیر صوت، صوت (=1) و بزرگتر از صوت باشد.
- دمای استاتیک
- سیستم مختصات در قسمت Coordinate System
- مؤلفه‌های جهت جریان
- پارامترهای آشفتگی (برای شبیه‌سازی جریانهای آشفته) در قسمت Turbulence Specification Method
- نسبت جرمی گونه‌های شیمیایی یا کسر مولی در قسمت Species برای شبیه‌سازی جریانهای متشکل از گونه‌های شیمیایی
- نسبت ترکیب و واریانس (Mixture Fraction and Variance) در قسمت Species برای محاسبه احتراق غیر پیش آمیخته (Non-Premixed Combustion) یا احتراق پیش آمیخته جزئی (Partially Premixed Combustion)
- متغیر پیشرفت (Progress Variable) در قسمت Species برای محاسبه احتراق پیش آمیخته یا پیش آمیخته جزئی (premixed or partially premixed combustion)
- پارمترهای تابش در قسمت Radiation برای شبیه‌سازی جریانهای همراه با انتقال حرارت تابشی با استفاده از مدل‌های P-1، DTRM، DO، S2S و MC
- شرائط مرزی فاز گسسته (Discrete Phase) در قسمت DPM برای محاسبه جریان همراه با فاز گسسته
بسته به نوع رژیمهای جریان که در بالا عنوان شده، پارامترهای مربوطه در پانل شرط مرزی فشار در بی‌نهایت ظاهر شده که باید به درستی تعیین گردد (شکل بالا).
فرآیند محاسبات در شرط مرزی فشار در بی‌نهایت
شرط مرزی فشار در بی‌نهایت یک شرط مرزی غیر انعکاسی(Non-Reflecting Boundary Condition) براساس ثابتهای ریمان(Riemann) یا همان متغیرهای مشخصه‌ها برای جریانهای یک بعدی عمود بر مرز، می‌باشد. در جریانهای زیر صوت دو ثابت ریمان متناظر با امواج ورودی و خروجی وجود دارد که در معادلات (1) و (2) معرفی شده است. در این معادلات Vn اندازه سرعت عمود بر مرز، c سرعت صوت محلی و γ نسب حرارتی ویژه (در گازهای ایده‌آل) می‌باشد. همچنی زیر نویس ∞ برای شرائط جریان در مرز بی‌نهایت و زیر نویس i برای شرائط جریان در داخل میدان محاسباتی تعریف شده است. با جمع و تفریق این دو ثابت، مقادیر اندازه سرعت و سرعت صوت محلی محاسبه می‌گردد (روابط 3 و 4).
در خروجی جریان مؤلفه‌های سرعت مماسی و انتروپی براساس مقادیر مشخص شده شرائط جریان آزاد برونیابی می‌شود. با مشخص شدن تمام پارامترهای فوق، مقادیر چگالی، سرعت، فشار و دما در مرزها، بدست می‌آید.
محدودیت‌های استفاده از شرط مرزی فشار در بی‌نهایت
مهمترین محدودیت‌های استفاده از شرط مرزی فشار در بی‌نهایت عبارتند از:
- تنها در صورتیکه از قانون گاز ایده‌آل (Ideal-Gas Law) برای محاسبه چگالی استفاده شود، در دسترس می‌باشد.
- با مدل‌های چند فازی VOF، Mixture و Eulerian سازگار نیست.
- با تعیین مقدار ثابت یا استفاده از مدل گاز واقعی (Real Gas) برای محاسبه چگالی همخوانی ندارد.
- همراه با مدل بخار مرطوب (Wet Steam Model) بکار گرفته نمی‌شود.
مطالب مرتبط
تعیین پارامترهای آشفتگی در مرزها