תנאי גבול בדינמיקה של זורמים

בדינמיקה חישובית של זורמים , (Computational fluid dynamics CFD), תנאי הגבול הם חלק עיקרי בבעיה. לכן, נדרש כי המשתמש יבין וישתמש בתנאי הגבול בצורה נכונה, בחוכמה וביעילות וגם יבין את תפקידם באלגוריתם הנומרי.

אם תנאי השפה אינם מוגדרים בצורה נכונה, אז הפתרון עלול לגרום לטעויות, ואם הם לא מנוצלים בחוכמה, אז הזמן לפתירת הבעיות עלול לגדול. בעיות בלתי תמידיות דורשות עוד דבר אחד, כלומר, תנאים התחלתיים שבו ערכים התחלתיים של זרימת מצוינים בצומת בתחום הזרימה. סוגים שונים של תנאי שפה המשמשים ב-CFD לתנאים ולמטרות שונים.

תנאי גבול בכניסה

מהירות כניסה בזרימה פנימה בצינור

בתנאי שפה בכניסה, צריך להגדיר את הפילוג של כל המשתנים במהירות הראשית. משתמשים בתנאי שפה מהסוג הזה בעיקר כאשר המהירות בכניסה ידועה.

תנאי גבול ביציאה

מהירות כניסה בזרימה החוצה מצינור

בתנאי גבול ביציאה, הפילוג של כל משתני הזרימה צריך להיות מוגדר ביציאה במהירות הראשית.

משתמשים בתנאי שפה מהסוג הזה בעיקר כאשר המהירות בכניסה ידועה. הזרימה מפותחת כאשר אין שינוי בכיוון הזרימה כאשר היציאה נבחרת רחוקה מספיק מההפרעות הגאומטריות.

באזור כזה, הגרדיאנט של כל המשתנים שווה לאפס בכיוון הזרימה חוץ מהלחץ.

תנאי שפה

תנאי שפה על קיר

הגבול הנפוץ ביותר בבעיות של זרימה מוקפת הוא הקירות. זה ידוע גם כתנאי גבול לאי להחליק וזה התנאים המתאימים עבור רכיבי מהירות על הקיר.

הרכיב הנורמלי מוגדר כאפס ואילו הרכיב המשיקי מוגדר כמהירות של הקיר.

$V_{normal}=0$

$V_{tangential}=V_{wall}$

ניתן להגדיר מעבר חום דרך הקיר. אם הקירות נחשבים אדיאבטיים מעבר חום על פני הקיר מוגדר כאפס.

$Q_{AdiabaticWalls}=0$

תנאי גבול לחץ תמידי

תנאי גבול של לחץ תמידי

משתמשים בתנאי גבול מסוג זה כאשר ערכי גבול של לחץ ידועים והפרטים של פילוג הזרימה אינם ידועים .

זה כולל לחץ בכניסה וביציאה בעיקר.

דוגמאות אופייניות משתמשות בתנאי גבול זה וכוללים זרמי ציפה, זרימה פנימית עם מספר יציאות, זרימה חופשית וזרימה חיצונית סביב אובייקטי.

דוגמה יכולה להיות זרימה היוצאת לאטמוספירה שבה לחץ הוא אטמוספירי.

תנאי גבול אקסיסימטרי

תנאי גבול אקסיסימטרי

במצב גבול זה, המודל הוא אקסיסימטרי לאורך הציר המרכזי, כך שכל התהליך הפיזי עבור R צפציפי ועבור כל θ ובכל פרוסה-Z, משתני זרימה בעלי אותו ערך ופילוג.

דוגמה טובה יכול להיות זרימה בצינור שבו הזרימה היא אקסיסימטרית לאורך הציר של הצינור המרכזי.

$\operatorname {V_{r}} (\theta )=Constant$

תנאי גבול סימטריים

תנאי גבול סימטרי

במצב גבול זה, הנחה הוא כי בשני הצדדים של הגבול, אותם תהליכים פיזיים קיימים.

כל המשתנים בעלי אותו ערך וגרדיאנט באותו מרחק מהגבול.

זה פועל כראי המשקף את כל פילוג הזרימה לצד השני.

תנאים בגבול סימטרי הם -

• אין זרימה דרך הגבול
• אין שטף סקלר דרך הגבול

דוגמה טובה היא של זרימת צינור עם מכשול סימטרי בזרימה.

מכשול מחלק הזרימה העליונה והזרימה התחתונה לתמונת ראי .

תנאי גבול תקופתיים או מחזוריים

A quarter showing cyclic boundary condition

תנאי גבול תקופתיים או מחזוריים נובעים מסוג שונה של סימטריה בבעיה. אם לרכיב יש צורה חוזרת יותר מפעמיים, ובכך להפר את דרישות תמונת ראי הנדרשות לתנאי גבול סימטריים. דוגמה טובה תהיה נסחפה משאבת שבשבת (איור ), שבו האזור המסומן חוזר על עצמו ארבע פעמים בקואורדינטות r- תטא . האזורים המחזוריים -סימטריים צריכים להיות בעל אותם משתנים הזרימה ופילוג וצריכים למלא את התנאי עבור כל פרוסת Z .

ראו גם

• תנאי שפה

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא תנאי גבול בדינמיקה של זורמים בוויקישיתוף

• מכניקת זורמית חישובית, בוויקיפדיה האנגלית
• מכניקת זורמית ניסויית, בוויקיפדיה האנגלית
• בעיית תנאי התחלה, בוויקיפדיה האנגלית

הערך באדיבות ויקיפדיה העברית, קרדיט,
רשימת התורמים
רישיון cc-by-sa 3.0

25940719תנאי גבול בדינמיקה של זורמים