شبکه‌ (مش‌) پویا (دینامیکی)

Dynamic Mesh

شبکه‌ (مش‌) پویا (دینامیکی) اساسا به شبکه‌ای گفته می‌شود که در طول فرآیند محاسبات دچار تغییر می‌شود. این تغییر می‌تواند صرفا جابجایی دامنه محاسباتی باشد که در آن کل شبکه بدون تغییر شکل المان‎ها جابه جا شود که اصطلاحا به آن شبکه (مش) لغزان یا لغزشی می‌گویند (Sliding Mesh). حالت دوم اینست که در طول فرآیند محاسبات شکل و تعداد المان‌های شبکه تغییر کند که به مش (شبکه) دینامیکی (Dynamic Mesh) معروف است.

شبکه دینامیکی

مدل مش (شبکه) دینامیکی به شما این امکان را می دهد که مرزهای یک ناحیه المان را نسبت به سایر مرزهای نواحی دیگر جابجا کنید و مش را مطابق با آن تنظیم کنید. حرکت مرزها می‌تواند صلب باشد، مانند حرکت سوپاپ‌ها و پیستون‌ها در داخل سیلندر در یک پیستون (شکل بالا) یا انحراف فلپ روی بال هواپیما، یا تغییر شکل‌های الاستیک مثل تغییر شکل دیواره یک بالون در هنگام باد کردن و یا تغییر شکل دیواره رگ انعطاف پذیر که به هر پالس فشار خون از قلب پاسخ می‌دهد. به طور کلی شبکه دینامیکی برای شبیه سازی مسائل سیالاتی درگیر با هر گونه تغییر هندسی مرزها اعم از جابجایی یا تغییر شکل مرزها قابل استفاه است.

در هر صورت، گره‌هایی (نودهای محاسباتی) که سلول‌ها (المان‌ها) را در دامنه تعریف می کنند باید به عنوان تابعی از زمان به روز شوند. از این رو راه حل‌های استفاده از شبکه دینامیکی ذاتا ناپایدار هستند. معادلات حاکم برای این مدل که حرکت سیال را توصیف می‌کنند با معادلاتی که برای قاب‌های مرجع متحرک استفاده می‌شوند متفاوت هستند. در واقع قصد ما اینست که تئوری به کار رفته در شبکه دینامیکی را معرفی کنیم.

شبکه لغزشی (مش لغزان)

یک مورد خاص مهم از حرکت مش پویا، شبکه لغزشی (مش لغزان) نامیده می شود که در آن تمام مرزها و سلول‌های یک ناحیه محاسباتی هماره با المان‌های تشکیل دهنده در یک حرکت شبیه به جسم صلب با هم حرکت می‌کنند. در این شرایط، گره‌های مش در فضا حرکت می‌کنند (نسبت به مختصات ثابت و کلی (Global))، اما سلول‌های تعریف شده توسط گره‌ها تغییر شکل نمی‌دهند. علاوه بر این، نواحی مش که در مجاورت یکدیگر حرکت می‌کنند را می‌توان در یک یا چند مرز (اینترفیس) غیر همگون (Non-Conformal Interface) به هم مرتبط کرد. تا زمانی که اینترفیس‌ها با یکدیگر در تماس باشند (یعنی در امتداد یک مرز مشترک بلغزند، مرزهای غیر همگون را می‌توان به صورت پویا و با حرکت مش‌ها به روز کرد و سیال می تواند از یک منطقه به منطقه عبور کند.

از تکنیک معرفی شده در بالا با عنوان مدل مش لغزشی (Sliding Mesh Model) در نرم افزار Ansys Fluent استفاده می‌شود. به عنوان مواردی از استفاده از مدل مش لغزشی می‌توان به مدل‌سازی اندرکنش روتور-استاتور بین یک تیغه متحرک و یک پره ثابت در کمپرسور یا توربین، مدل‌سازی یک دمنده با تیغه‌های چرخان و یک بدنه ثابت (شکل-2)، و مدل سازی قطاری که در یک تونل حرکت می کند با تعریف مرزهای اینترفیس لغزان بین قطار و دیواره های تونل اشاره نمود.