یک برنامه CFD چگونه کار می‌کند؟
ساختار برنامه CFD روش حل عددی است، به طوری که مسائل جریان سیال با بهره گرفتن از این روش قابل حل می باشند. به منظور فراهم آمدن دسترسی آسان به حل توأم آن‌ها تمام بسته‌های نرم‌افزار تجاریCFD شامل واسطه‌های کاربری پیچیده‌ای جهت ورود پارامترهای مسائل نتایج می‌باشند، از این‌رو تمام برنامه‌ها شامل سه جزء اصلی می باشند:
پیش پردازنده
حل کننده
پس پردازنده
پیش پردازنده
عبارت است از ورودی مساله جریان به بک برنامه CFD با بهره گرفتن از یک واسطه عملکرد ساده و سپس تبدیل این ورودی به یک شکل مناسب برای استفاده توسط حل کننده، وظایف یک کاربر در مرحله پیش پردازنده عبارت است از:

( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

تعریف هندسه ناحیه مورد نظر میدان محاسباتی
تولید شبکه یا تقسیم بخش‌های کوچک به نواحی کوچک‌تر
انتخاب مجموعه پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی که باید مدل شوند
تعریف خواص سیال
تشخیص و تعریف شرایط مرزی لازم در سلول‌هایی که منطبق و یا در تماس با مرز محدوده می‌باشند.
اعمال پارامترهای کنترل حل عددی
حل یک مساله جریان (سرعت، فشار، دما و غیره) در گره‌های داخلی هر سلول قرار می‌گیرد. دقت مربوط به یک حل CFD از تعداد سلول‌های موجود در شبکه پیروی می‌کند. هر چه تعداد سلول‌ها بیشتر باشد حل مساله دقیق‌تر انجام می‌شود. شبکه‌های مطلوب اغلب غیر یک نواخت می‌باشد. در جایی که تغییرات از نقطه‌ای به نقطه دیگر زیاد است، ریزتر و در نواحی با تغییرات نسبتاً کم درشت‌تر است.
بیش از۵۰% زمان استفاده شده در صنعت روی پروژه CFD صرف تعیین هندسه محدوده و تولید شبکه می‌شود. در حال حاضر برای به حداکثر رساندن بهره‌مندی کاربران CFD، اغلب برنامه‌های مهم شامل فصل مشترک با نرم‌افزار CAD بوده و یا از امکاناتی برای ورود اطلاعات از سطح سازه‌های تخصصی و تولید کننده های شبکه از جمله ANSYS برخوردار می‌باشند.
پس پردازنده
مانند پیش پردازنده اخیراً مقدار زیادی از کار در محیط پس‌پردازنده صورت می‌گیرد. به دلیل افزایش تنوع نیازهای مهندسی، بسیاری از آن‌ها دارای توانایی های ترسیمی بالایی هستند.
نمایش میدان هندسی و شبکه
ترسیمات بردار
ترسیمات خط و سایه^[۱۰]
ترسیمات سطح دو بعدی و سه بعدی
مسیر حرکت ذره
نمایش نتایج به صورت رنگی
حل کننده
در این جا سه روش مجزا برای روش‌های عددی وجود دارد که عبارتند از:
اختلاف محدود ، عناصر محدود و حجم محدود
اختلاف محدود
در این روش مجهولات Ø مسأله جریان را با بهره گرفتن از همسایه‌های هر نقطه در نقاط گره مربوط به صورت شبکه خطوط مختصات تعیین می‌کنند. اغلب از بسط‌های تیلور منقطع برای به دست آوردن تقریب‌های اختلاف محدود مشتقات Ø در عبارات همسایه‌های نقطه Ø در هر شبکه و در همسایه‌های آن استفاده می‌شود، بنابراین مشتقات ظاهر شده در معادلات حاکم توسط اختلاف محدود جایگذاری شده و یک معادله جبری برای مقادیر Ø در هر نقطه از شبکه را می‌دهند.
عناصر محدود
در روش عناصر محدود از توابع تکه‌ای ساده (خطی یا درجه دوم) که برای عناصر ارزش داشته باشند به منظور شرح تغییرات محلی متغیرهای مجهول جریانØ استفاده می‌شود. معادلات حاکم با بهره گرفتن از حل دقیق Ø کاملاً ارضا می‌شوند. اگر توابع تقریب تکه‌ای برای Ø در معادله جایگذاری شوند معادله دقیقاً ارضا نخواهد شد و یک باقی‌مانده برای اندازه‌گیری خطاها تعریف می‌شود. سپس باقی‌مانده‌ها در برخی جهات توسط ضرب آن‌ها در یک مجموعه‌ای از توابع وزنی و انتگرال‌گیری به حداقل می‌رسند، در نتیجه ما یک مجموعه‌ای از معادلات جبری برای ضرایب مجهول توابع تقریب به دست می‌آوریم.
حجم محدود
این روش در ابتدا به عنوان یک فرمول‌بندی اختلاف محدود ویژه توسعه یافت. انتگرال‌گیری از حجم کنترل، روش حجم محدود را از سایر روش‌های CFD متمایز می کند. نتیجه اظهارات دقیق، بقاء خواص مربوطه را برای هر سلول به اندازه محدود بیان می‌کند. این رابطه روشن بین الگوریتم عددی و قاعده کلی بقاء اصلی فیزیکی، یکی از جاذبه‌های اصلی روش حجم محدود را تشکیل می‌دهد.
نرم‌افزار FLUENT ANSYS اساس روش حل آن حجم محدود^[۱۱] می باشد و چون در این تحقیق از نرم افزارFLUENT ANSYS استفاده شده است لذا به تفسیر روش حجم محدود می پردازیم.
تشریح عملکرد حل کننده^[۱۲]
اساس حل مسائل در نرم‌افزار FLUENT ANSYS روش حجم محدود می‌باشد و فرم گسسته شده معادلات پایستگی در نهایت بصورت زیر در می‌آید.
اندیس نمایان‌گر سلول های همسایه P می‌باشد.
شکل ۱-۱ : فرم گسسته شده معادلات پایستگی
در حالت دو بعدی هر سلول دارای ۴ سلول همسایه (E,N,W,S) می‌باشد ‌و در حالت سه بعدی ۶ سلول. در هندسه با مش نامنظم تعداد سلول های نامنظم به شکل سلول و Topology مش بستگی دارد. معادله بالا برای تمام متغیر‌ها (سرعت، دما، غلظت اجزاء و …) نوشته می‌شود. حل حجم محدود به دو روش Segregated و Couple انجام می‌شود که تفاوت این دو روش در فلوچارت مربوط به آن آمده است.
Update properties
Solve momentum equations (u,v,w velocity)
Solve pressure – correction (continuity) equation Update
Pressure, face mass flow rate
Solve energy, species, turbulence, and other scalar equations
Converged?
Stop