شرایط اولیه ترکیبی (Hybrid Initialization) در Fluent
Fluent Hybrid Initialization
شرایط اولیه ترکیبی (Hybrid Initialization) در Fluent همواره محل سئوال دانشجویان و کاربران نرم افزار Fluent است. از این رو سعی شده تا این شرایط بطور مبسوط در صفحه حاضر توضیح داده شود.
کلیات شرایط اولی ترکیبی (Hybrid Initialization) در Fluent
در حالت کلی نیازی به تنظیمات اضافه بر پیش فرض شرایط اولیه ترکیبی در نرم افزار Fluent نیست. درصورت عدم رضایتمندی از پیش فرض‌های تعریف شده می‌توان تنظیمات مورد نظر خود را در کادر پانل Hybrid Initialization (شکل بالا) انجام داد. در این پانل گزینه Number Of Iteration بیانگر تعداد تکرار تعیین شده برای حل معادلات لاپلاس به روش سعی و خطا است. این معادلات لاپلاس در ادامه توضیح داده شده است.
در گزینه Explicit Under Relaxation Factor مقدار فاکتور ضریب خلاصی تعیین می‌شود. برای حل معادلات لاپلاس این مقدار در پیش فرض نرم افزار فلوئنت 1 در نظر گرفته شده است. عموما نیازی به تغییر این این پارامتر نیست. البته در موارد نادری که باقیمانده‌های اسکالر نوسان داشته و بسختی همگرا می‌شوند می‌توانید این مقدار را کم کرده و همراه با آن تعداد تکرار را افزایش دهید تا به میدان‌های هموار (Smooth) سرعت و فشار برسید.
باید توجه داشته باشید که شرایط اولی ترکیبی (Hybrid Initialization) در Fluent قادر به انجام محاسبات در ناحیه متخلخل نبوده و ممکن است موجب ایجاد میدان سرعت غیر واقعی شود. در شبیه سازی این نواحی شرایط اولیه ترکیبی تنها با گزینه Maintain Constant Velocity Magnitude قابل استفاده است (شکل ابتدای صفحه). بنابراین استفاده از شرایط اولیه استاندارد (Standard Initialization) برای شبیه سازی نواحی متخلخل پیشنهاد می‌گردد.
منطق محاسبات در شرایط اولی ترکیبی (Hybrid Initialization) در Fluent
شرایط اولی ترکیبی (Hybrid Initialization) در Fluent مجموعه‌ای از دستورالعمل‌ها و روش‌های میانیابی مرزهاست. در این حالت معادله لاپلاس برای تخمین میدان سرعت در هندسه‌های پیچیده و میدان فشار یکنواخت کننده مقادیر بالا و پایین فشار در دامنه محاسباتی، حل می‌شود. سایر متغیرها (نظیر دما و آشفتگی، کسر حجمی سیال VOF، گونه‌های شیمیایی و غیره) براساس میانگین و یا دستورالعمل‌های تخمین مقادیر آن‌ها در دامنه محاسباتی اصلاح می‌شوند. این دستورالعمل‌ها عبارتند از:
میدان سرعت
معادله لاپلاس همراه با شرایط مرزی مناسب برای حدس اولیه میدان سرعت در دامنه محاسباتی حل می‌شود (معادله 1). در این معادله φ پتانسیل سرعت است. مؤلفه‌های سرعت نیز از طریق گرادیان پتانسیل سرعت بدست می‌آید (معادله 2). پتانسیل سرعت برای شرایط مرزی مختلف بصورت زیر بیان می‌گردد.
مرزهای دیوار
سرعت عمود بر دیوار صفر است (معادله 3).
مرزهای ورودی
سرعت عمود بر مرزهای ورودی براساس متغیرهای تعیین شده در مرز ورودی محاسبه می‌شود (معادله 4).
مرزهای بی‌نهایت (Far field)
در مرزهای بی‌نهایت سرعت عمود بر مرزها براساس مقادیر تعیین شده برای شرایط جریان آزاد تعیین می‌گردد (معادله 5). همچین دور از مدل جریان به جریان آزاد نزدیک می‌شود (معادلات 6 تا 8).
مرزهای خروجی
در این مرزها پتانسیل سرعت صفر در نظر گرفته می‌شود (معادله 9). اندازه سرعت یکنواخت با جهت مشخص از حل پتانسیل سرعت می‌تواند با فعال سازی گزینه (Maintain Constant Velocity Magnitude) در پانل General Setting تعیین شود (شکل ابتدای صفحه).
میدان فشار
یک معادله لاپلاس دیگر با شرایط مرزی مناسب برای حدس اولیه یک میدان فشار یکنواخت و هموار در دامنه محاسباتی حل می‌شود. این معادله تنها در صورتی قابل حل است که فشارها حداقل در ورودی و خروجی دامنه محاسباتی مشخص باشند. به عبارت دیگر شرایط اولیه میدان فشار همان مقدار ثابت میانگین‌گیری شده فشار از تمام مرزها می‌باشد (معادله10). در این معادله p برای مرزهای مختلف بصورت زیر تعریف می‌شود.
طبق پیش فرض نرم افزار فلوئنت، اولین مرحله در این دستورالعمل تعیین مادون صوت یا مافوق صوت بودن جریان در این مرز است. چرا که اولا در جریان مافوق صوت تفاوت بسیاری در مقادیر Gage Total Pressure و Supersonic/Initial Gage Pressure وجود دارد. ثانیا اختلاف مقادیر فوق در جریان مادون صوت اندک یا متوسط است. در جریان مافوق صوت متغیر p از مقدار تعیین شده در کادر Supersonic/Initial Gage Pressure استفاده می‌کند. درصورتیکه جریان مادون صوت باشد p از مقدار مقدر در کادر Gage Total Pressure بهره می‌برد. درصورت انتخاب گزینه Use Specified Pressure on Inlets در General Setting (شکل زیر)، متغیر p همواره با مقدار Supersonic/Initial Gage Pressure محاسبه می‌شود.
مرزهای فشار خروجی
متغیر p همان مقدار Gauge Pressure در این مرز می‌باشد که برای تعیین مقدار اولیه میدان فشار در نظر گرفته می‌شود.
شرایط مرزی سرعت ورودی و دبی جرمی ورودی
درصورت انتخاب گزینه گزینه Use Specified Pressure on Inlets در General Setting متغیر p از مقدار مشخص شده در Supersonic/Initial Gage Pressure محاسبه می‌شود.
مرزهای دیوار
گرادیان فشار عمود بر دیوار صفر می‌باشد (معادله 11)
میدان دما
مقدار اولیه براساس مقدار ثابت (میانگین دامنه) دما تعیین می‌گردد.
پارامترهای آشفتگی
طبق پیش فرض مقدار اولیه براساس مقدار ثابت (میانگین دامنه) تعیین می‌شود. به هر صورت اگر به دنبال تعیین مقدار متغیر براری پارامتر آشفتگی هستید، آنگاه لازم است که در کادر محاوره Hybrid Initialization گزینه مناسب را انتخاب نمایید. اگر این گزینه غیر فعال باشد به این مفهوم است که نرم افزار پارامترهای انرژی جنبشی و انرژی اتلاف را با استفاده از مقادیر متغیرهای جریان محاسبه می‌کند.
بخش تعیین مشخصات آشفتگی در پانل Hybrid Initialization.
تعیین کسر جرمی/مولی
طبق پیش فرض این مقدار برای جریان‌های همراه با گونه‌های شیمیایی صفر است. به هر صورت اگر مایل به تغییر آن‌ها باشید لازمست مقدار مناسب آن را در پانل Hybrid Initialization مشخص نمایید.
کسر حجمی سیال
برای رژیم‌های دوفازی مقدار اولیه کسر حجمی فاز دوم برابر با حداقل مقدار آن در کل مرزهای ورودی تعیین می‌شود. اگر تعداد فازها بیشتر از 2 باشد آنگاه مقدار اولیه کسرهای حجمی فازهای ثانویه صفر در نظر گرفته می‌شود.
مطالب مرتبط