چگونه در CFD به جواب درست برسیم؟ قسمت اول: کلیات

امروز، به بررسی نحوه رسیدن به یک جواب درست در CFD و روند حل یک مساله به روش استاندارد می پردازیم. این آموزش به صورت منظم در چند بخش برای شما تنظیم شده که به مرور زمان در سایت قرار میگیره.
بسیاری از افرادی که CFD کار می کنند، نحوه درست حل یک مساله رو نمی دونند. شاید از نظر علمی در یک موضوع خاصی تخصص بسیار خوبی هم داشته باشند ولی این تخصص به هیچ وجه ضامن رسیدن به یک جواب خوب نیست. دلیل این موضوع، ناآگاه بودن شخص از نحوه انجام درست یک تحقیق مخصوصا در زمینه حساسی همچون CFD هست. به شخصه افراد بسیار زیادی رو دیدم که با گذاشتن قدم های اشتباه، با وجود داشتن دانش علمی لازم در یک موضوع خاص، هیچ گاه در CFD موفق نشدند و حتی اون رو کار بسیار طاقت فرسا و بیخودی برشمردند. در حالی که متوجه نیستند مشکل از CFD نیست، بلکه از خود آنهاست. افراد زیادی از من در مورد عدم نتیجه گرفتن در یک مساله خاص سوال می کنند و به تجربه مشاهده کردم که در اکثر مواقع، دلیل، عدم آگاهی فرد از روند استاندارد حل یک مساله هست.
به طور خیلی خلاصه مراحل انجام یک مساله به روش عددی شامل مراحل زیر هست:
۱٫ ساده سازی هندسه، شرایط مساله، شبکه با کیفیت، حل به صورت ابتدائی و پیدا کردن مشکلات فنی.
۲٫ اعمال کردن شرایط پیچیده تر که مرتبط با مساله اصلی است و پیدا کردن مشکلات فنی.
۳٫ تلاش برای صحت سنجی و مانیتورینگ مساله.
۴٫ تهیه و اجرا کردن مساله اصلی با پارامترهای مختلف.
۵٫ استخراج مناسب نتایج.
۶٫ و از همه مهمتر رعایت نظم در طول تمامی مراحل بالاست.
عمل نکردن صحیح به هرکدام از موارد فوق ممکن است منجر به عدم موفقیت کاربر شود. ساده سازی هندسه یکی از جمله قسمت هایی است که خیلی مورد توجه تازه کاران قرار نمی گیرد. معمولا تازه کاران عرصه CFD تصور می کنند یک هندسه پیچیده نشان دهنده حرفه ای بودن کار است، در حالی که این برداشت در بین CFD کاران با تجربه، مزاحی بیش نیست. هندسه باید تا آنجا که به نتایج حل اصلی (که مد نظر است) لطمه ای نزند، ساده شود. هندسه پیچیده اغلب باعث ریزتر شدن شبکه، به وجود آمدن شبکه های بی کیفیت و در نتیجه واگرا شدن سریع حلگر و یا به دست آمدن نتایج غلط پس از یک حل بسیار طولانی می شود. از طرف دیگر استفاده از یک شبکه با کیفیت در حل مساله است. فکر می کنید شبکه بندی، چند درصد از حجم یک مساله CFD را به خود اختصاص می دهد؟ از نظر افراد دارای سابقه این حجم چیزی در حدود ۶۰ تا ۷۰ درصد است. یعنی حجم عظیم کار باید روی شبکه بندی صرف شود. این مرحله هم از جمله مراحلی هست که خیلی مورد توجه افراد قرار نمی گیرد و در نتیجه بعد از حل، از نرم افزار CFD به خاطر تولید نتایج دور از واقعیت گله می کنند.

3پله پله کار کردن و به تدریج پیچیده تر کردن یک مساله، کلید طلایی حل مساله در CFD هست. هیچ گاه سعی نکنید یک مساله پیچیده که شامل چندین مدل می شود را یکباره حل کنید. فرض کنید شما می خواهید یک مساله دو فازی، متخلخل، با سیال غیر نیوتنی را حل کنید. اولین قدم تست کردن تک به تک این مدل هاست. همیشه مساله خود رو به چند بلوک تقسیم بندی کنید و روی هر بلوک جداگانه کار کنید. به این بلوک ها به صورت یک جعبه سیاه نگاه کنید. هرکدام از این بلوک ها یک ورودی و یک خروجی دارند. در نهایت بلوک ها را به هم متصل کنید تا مساله کلی حل شود. هیچ گاه تک بلوکه کار نکنید! در مساله گفته شده در بالا، در هر مرحله یک مدل را وارد کار کنید، مشکلات و خطاهای آن را (که قریب به اکثر مواقع به وجود می آیند) برطرف کنید و سپس مدل بعدی را اضافه کنید.
اما در حین حل، لازم است تا شما مساله خود را مانیتورینگ (Monitoring) کنید. این قسمت، موضوعی است که در پست های بعدی در مورد آن صحبت خواهد شد. مانیتورینگ مساله یعنی اینکه حلگر را در هنگام حل به حال خود رها نکنید! مانتورینگ شامل موارد زیر می شود:
۱٫ نمودار مانده ها
۲٫ نمودار پیوستگی
۳٫ ضرایب نیرو
۴٫ پرابینگ (Probing)
۵٫ عدد کورانت در مسائل ناپایا
۶٫ غیره بسته به مساله
در پست های بعدی سعی خواهد شد نحوه انجام مانیتورینگ به روش های بالا، یک به یک در اپنفوم توضیح داده شود.

monitoringآخر از همه استخراج مناسب نتایج، خود بحث دیگری است که شاید در آینده به آن پرداختیم. گاهی کاربران حتی با وجود حل درست مساله ولی با استخراج و نمایش اشتباه نتایج، به اشتباه تصور می کنند که مساله غلط حل شده. این بحث خود نیازمند یک وقت مجزا برای بررسی است. همه این موارد حاصل تجربه است و شاید در کتاب ها و منابع CFD زیاد به این موارد پرداخته نمی شود. اما عدم رعایت اینها خود عاملی است برای نتایج غلط و در نتیجه دلسرد شدن کاربر.
پس پست های بعدی رو دنبال کنید تا از CFD و اپنفوم دلسرد نشید!

7 thoughts on “چگونه در CFD به جواب درست برسیم؟ قسمت اول: کلیات

  1. علی عباسی says:

    ممنون. نکات جالبی رو اشاره کردین. باید به این موضوع یقین کنیم که سی اف دی ابزاری بیش نیست. ابزار هم چیزی مستقل از دانش و تجربه یوزر نیست. لذا انتظار نداشته باشیم سی اف دی و یا هر ابزار دیگری در مسیری متفاوت از آنچه یوزر به آن دیکته کرده است حرکت کند.

پاسخ دهید