نقشه برداری بین جریان سیال و مش آکوستیک

View Categories

نقشه برداری بین جریان سیال و مش آکوستیک

4 min read

نقشه برداری بین جریان سیال و مش آکوستیک
هنگامی که مدل هواآکوستیک و جریان سیال (CFD) بر روی مش محاسباتی مختلف حل می‌شوند، نقشه‌برداری دقیق محلول CFD از مش CFD روی مش آکوستیک باید انجام شود. این مرحله برای وارد نشدن نویز عددی غیرفیزیکی به محلول صوتی بسیار مهم است ( مراجعه 20 ). اگر راه حل به درستی نگاشت نشده باشد، اصطلاحات حاوی گرادیان های پس زمینه، متغیرهای جریان متوسط ​​(مخصوصاً عبارت های واکنشی) بسیار نویز می شوند و معمولاً منبع خطای عددی هستند. این نگاشت توسط کوپلینگ چندفیزیکی پس‌زمینه جریان سیال و مطالعه اختصاصی نقشه‌برداری انجام می‌شود .
اگر مشکل آکوستیک روی همان مش CFD حل شود، مشکل نگاشت کمتر مشکل است، به خصوص اگر هر دو فیزیک از ترتیب تابع شکل یکسانی استفاده کنند (هر دو به صورت پیش فرض خطی هستند). استفاده از کوپلینگ جریان سیال پس‌زمینه نیز ضروری است، در صورتی که لایه‌های کاملاً منطبق (PML) در مدل وجود داشته باشند، تا میدان جریان در داخل مناطق PML به دست آید. در هر صورت، کوپلینگ همچنان می تواند مفید باشد زیرا محلول CFD با نقشه برداری صاف می شود (درجه هموارسازی قابل کنترل است).
 
جفت چندفیزیکی جریان آشفته و آکوستیک در مدل کتابخانه کاربردی Helmholtz Resonator with Flow توضیح داده شده است: تعامل جریان و آکوستیک . مسیر کتابخانه برنامه Acoustics_Module/Aeroacoustics_and_Noise/helmholtz_resonator_with_flow
نقشه برداری دستی
کوپلینگ چندفیزیکی کوپلینگ جریان سیال پس‌زمینه می‌تواند تمام رابط‌های جریان تک فاز و جریان غیر گرمایی از جمله رابط‌های جریان با عدد ماخ بالا را جفت کند . اگر چنین کوپلینگ و نقشه برداری ضروری باشد، می توان نقشه برداری دستی را با استفاده از روشی که در اینجا توضیح داده شده است، تنظیم کرد.
نقشه برداری دستی با مطالعه ای تعریف می شود که مجموعه دیگری از معادلات را حل می کند که متغیرهای جریان پس زمینه را بر روی مش آکوستیک نگاشت و صاف می کند. معادلات نگاشت را می توان با استفاده از رابط PDE شکل ضعیف از شاخه ریاضیات تنظیم کرد . در کلی‌ترین حالت، میانگین فشار جریان پس‌زمینه 0 ، میدان سرعت 0 ، چگالی ρ 0 ، دمای 0 ، و متغیرهای ویسکوزیته اغتشاش μ T باید بر روی متغیرهای مربوطه در مش آکوستیک نگاشت شوند، برای مثال 0,aco , 0,aco , ρ0، aco ، 0.aco ، و μ T، aco . سپس این متغیرهای جدید باید به عنوان ورودی های مدل در مدل هواآکوستیک استفاده شوند.
یک نقشه برداری ساده اما کارآمد و هموارسازی با حل به دست می آید
جایی که عبارت سمت راست با استفاده از انتشار ایزوتروپیک صاف کردن را اضافه می کند. مقدار انتشار توسط پارامتر δ (ثابتی که می‌توان با مقدار معمولی 0.01 تنظیم کرد) و اندازه مش مربع 2 کنترل می‌شود . این اصطلاح مربوط به به اصطلاح تثبیت اصطلاح منبع است که از CFD شناخته می شود.
در واسط PDE شکل ضعیف ، هر تعداد متغیر وابسته را که لازم است تعریف کنید و به ترتیب شکلی که برای آکوستیک استفاده می شود (معمولاً همه خطی) به آنها بدهید. فرض کنید که متغیر منبع CFD برای مولفه x-velocity u و متغیر مقصد جدید U0 باشد ، سپس نگاشت فوق با عبارت ضعیف زیر که در رابط کاربری وارد شده است به دست می آید:
(U0-withsol(‘sol1’,u,setval(Ma,0.1)))*تست(U0)+delta*h^2*(U0x*تست(U0x)+U0y*تست(U0y)+U0z*تست( U0z)
برای نقشه فشار کل فشار spf.pA تا P0 را با استفاده از:
(P0-withsol(‘sol1’,spf.pA,setval(Ma,0.1))*تست(P0)+delta*h^2*(P0x*test(P0x)+P0y*test(P0y)+P0z* تست (P0z))
به استفاده از عملگر withsol() توجه کنید ، که یک اپراتور کوپلینگ شبیه اکستروژن است که می تواند مستقیماً به یک شی حل و مقدار پارامتر اشاره کند. در این مثال برای واکشی داده ها از مش CFD، در محلول تولید شده توسط حل کننده sol1 و برای مقدار پارامتر Ma  =  0.1 استفاده می شود . دستور setval () اختیاری است. مهم است که از چنین عملگر استفاده شود به طوری که محلول CFD به درستی به نقاط ادغام (گاوس) روی مش آکوستیک نگاشت و درونیابی شود.
 
در دفترچه راهنمای COMSOL Multiphysics Reference :
فرم ضعیف PDE
اپراتورها، توابع، و ثابت ها و اپراتورهای داخلی برای جزئیات بیشتر در موردعملگر withsol()
تثبیت عددی (معرفی کلی)
در برخی موارد ممکن است لازم باشد معادله نگاشت را با شرایط مرزی برای متغیرهای نگاشت شده گسترش دهیم. این باید در صفحات تقارن برای میدان سرعت نگاشت شده انجام شود. این نیز در مواردی است که جزئیات جریان در نزدیکی دیوارها مهم است، به عنوان مثال، حل لایه مرزی صوتی. در این حالت یک حالت بدون لغزش روی 0,aco اضافه کنید . به طور کلی محدود کردن مقدار متغیرهای نگاشت شده به مقدار در مقادیر مدل CFD در مرزها می تواند ضروری باشد.