خطی شده Navier-Stokes، فرکانس دامنه دامنه

View Categories

خطی شده Navier-Stokes، فرکانس دامنه دامنه

8 min read

خطی شده Navier-Stokes، فرکانس دامنه دامنه
رابط خطی شده Navier-Stokes، دامنه فرکانس (lnsf) ( ) که در زیر شاخه Acoustics>Aeroacoustics ( ) در هنگام اضافه کردن یک رابط فیزیک یافت می شود، برای محاسبه تغییرات آکوستیک در فشار، سرعت و دما در حضور هر ثابتی استفاده می شود. پس زمینه همدما یا غیر گرما به معنای جریان است. رابط فیزیک برای شبیه‌سازی‌های هواآکوستیک استفاده می‌شود که می‌توان آن‌ها را با معادلات خطی ناویر-استوکس توصیف کرد.
معادلات در حوزه فرکانس فرموله می شوند و تغییرات هارمونیک همه منابع و میدان ها را فرض می کنند. معادلات شامل تلفات ویسکوز و هدایت حرارتی و همچنین گرمای تولید شده توسط اتلاف ویسکوز، در صورت لزوم می باشد. جفت بین میدان صوتی و جریان پس‌زمینه شامل هیچ نویز از پیش تعریف‌شده ناشی از جریان نمی‌شود.
 
عملکرد نویز ناشی از جریان در آکوستیک فشار هنگام استفاده از ویژگی منبع جریان هواآکوستیک و کوپلینگ چندفیزیکی مرتبط و مطالعه اختصاصی وجود دارد.
معادلات تعریف شده توسط خطی شده ناویر-استوکس، رابط دامنه فرکانس عبارتند از تداوم خطی، مومنتوم (Navier-Stokes) و معادلات انرژی. رابط فیزیک تغییرات صوتی در فشار p ، میدان سرعت u و دمای T را حل می کند . تغییرات هارمونیک همه میدان ها و منابع با استفاده از قرارداد ω داده می شود . معادلات در حوزه فرکانس برای هر سیال از جمله تلفات ناشی از ویسکوزیته و هدایت حرارتی فرموله می شوند. جریان متوسط ​​پس زمینه می تواند هر جریان ثابتی باشد.
رابط خطی Navier-Stokes، دامنه فرکانس در فرمول به اصطلاح میدان پراکنده فرموله شده است که در آن میدان صوتی کل (زیرنویس t ) مجموع میدان پراکنده (میدان حل شده برای p ، u ، و T ) و a است. میدان آکوستیک پس‌زمینه ممکن (زیرنویس «  )، به‌گونه‌ای که
تمامی معادلات حاکم و شرایط مرزی در مجموع متغیرهای میدان فرموله می شوند. هنگامی که هیچ ویژگی زمینه های صوتی پس زمینه وجود ندارد (مقادیر فیلد پس زمینه به صورت پیش فرض صفر است) فیلد کل به سادگی فیلد حل شده است.
جفت کردن رابط ها به سازه ها، تجزیه و تحلیل دقیق ارتعاش سازه ها را در حضور جریان، مانند FSI در حوزه فرکانس، امکان پذیر می کند. جفت شدن در حوزه فرکانس و حوزه زمان به آسانی با استفاده از ویژگی جفت چندفیزیکی مرزی از پیش تعریف شده Aeroacoustic-Structure Boundary انجام می شود.
جفت شدن بین یک جریان میانگین پس‌زمینه، محاسبه‌شده از مدل جریان سیال، و مدل خطی اویلر توسط جفت‌کننده چندفیزیکی جفت جریان سیال پس‌زمینه و مطالعه نقشه‌برداری اختصاصی انجام می‌شود . جزئیات نیز در بخش Mapping Between Fluid Flow و Acoustics Mesh یافت می شود
 
برای نکات و ترفندهای مدل سازی و تمرین خوب به بخش مدل سازی با شاخه هواآکوستیک مراجعه کنید .
 
الگوی آموزشی Helmholtz Resonator with Flow: Interaction of Flow و Acoustics مثالی از نحوه مدل‌سازی تعامل دقیق بین جریان و آکوستیک ارائه می‌دهد. این مدل به هر دو ماژول آکوستیک و ماژول CFD نیاز دارد. مسیر کتابخانه برنامه: Acoustics_Module/Aeroacoustics_and_Noise/helmholtz_resonator_with_flow
هنگامی که این رابط فیزیک اضافه می شود، این گره های پیش فرض نیز به Model Builder – Linearized Navier-Stokes Model ، Wall و Initial Values ​​اضافه می شوند . برای اجزای متقارن محوری، یک گره تقارن محوری نیز اضافه شده است.
سپس، از نوار ابزار Physics ، گره های دیگری را اضافه کنید که به عنوان مثال، شرایط مرزی و منابع را پیاده سازی می کنند. همچنین می‌توانید روی Linearized Navier–Stokes، Frequency Domain کلیک راست کنید تا ویژگی‌های فیزیک را از منوی زمینه انتخاب کنید.
تنظیمات
Label نام رابط فیزیک پیش فرض است .
Name عمدتاً به عنوان پیشوند دامنه برای متغیرهای تعریف شده توسط رابط فیزیک استفاده می شود. به چنین متغیرهای رابط فیزیک در عبارات با استفاده از الگوی <name> مراجعه کنید.<variable_name> . به منظور تمایز بین متغیرهای متعلق به رابط های فیزیکی مختلف، رشته نام باید منحصر به فرد باشد. فقط حروف، اعداد و زیرخط (_) در قسمت نام مجاز هستند . کاراکتر اول باید یک حرف باشد.
نام پیش‌فرض (برای اولین رابط فیزیکی در مدل) lnsf است .
معادله
بخش Equation را باز کنید تا معادلات حل شده با فرم معادله مشخص شده را ببینید. انتخاب پیش‌فرض عبارت است از فرم معادله روی Study controlled تنظیم شده است . مطالعات موجود تحت Show equations با فرض انتخاب شده اند .
برای مطالعه کنترل شده ، مقیاس گذاری معادلات برای عملکرد عددی حل کننده های مختلف و انواع مطالعه بهینه شده است.
برای دامنه فرکانس، می‌توانید به صورت دستی پارامتر مقیاس‌بندی Δ را در بخش تنظیمات معادله Navier–Stokes Linearized وارد کنید .
تنظیمات معادله ناویر-استوکس خطی شده
برای انتخاب فرمول آدیاباتیک کلیک کنید تا از یک معادله حالت آدیاباتیک استفاده کنید و درجه آزادی درجه حرارت را برای معادلات خطی شده ناویر-استوکس غیرفعال کنید. این فرمول زمانی قابل استفاده است که تلفات حرارتی نادیده گرفته شود، این اغلب در مایعاتی مانند آب وجود دارد. در گازها، مانند هوا، از طرف دیگر فرمولاسیون کامل ضروری است. هنگامی که فرمول آدیاباتیک انتخاب می شود، تمام شرایط و گزینه های دما در رابط کاربری غیرفعال می شوند.
برای همه ابعاد اجزا و در صورت نیاز، کلیک کنید تا قسمت معادله باز شود ، سپس دامنه فرکانس را به عنوان فرم معادله انتخاب کنید و تنظیمات را مطابق زیر وارد کنید.
ضریب مقیاس پیش‌فرض Δ 1 / ( ω) است . این مقدار با معادلات مطالعه دامنه فرکانس زمانی که معادلات مطالعه کنترل می شوند مطابقت دارد. برای به دست آوردن معادلات مربوط به یک مطالعه فرکانس ویژه، ضریب مقیاس Δ را به 1 تغییر دهید. تغییر ضریب مقیاس بر جفت شدن با سایر فیزیک ها تأثیر می گذارد.
تنظیمات سطح فشار صدا
تنظیمات سطح فشار صدا را برای رابط آکوستیک فشار، دامنه فرکانس ببینید .
سرعت موج معمولی
مقدار یا عبارتی را برای سرعت موج معمولی برای لایه‌های کاملاً منطبق بر ref (واحد SI m/s) وارد کنید. پیش فرض lnsf.c0 است و مقدار به طور خودکار از مدل متریال گرفته می شود. اگر از چندین ماده یا مدل مواد استفاده می شود، بهترین روش افزودن یک PML برای هر کدام است. این تضمین می کند که طول موج معمولی در هر ویژگی PML پیوسته است.
برای مشکلات صوتی همرفتی، می‌توان مقدار طول موج معمولی را از گزینه در ویژگی PML به صورت دستی تنظیم کرد تا سرعت پس‌زمینه همرفت را تصحیح کند.
متغیرهای وابسته
این رابط فیزیک این متغیرهای وابسته (فیلدها)، فشار p، میدان سرعت u و اجزای آن، و تغییرات دما T را تعریف می‌کند . نام را می توان تغییر داد اما نام فیلدها و متغیرهای وابسته باید در یک مدل منحصر به فرد باشد.
پایدارسازی
برای نمایش این بخش، روی دکمه Show More Options ( ) کلیک کنید و در کادر محاوره ای Show More Options ، Stabilization را انتخاب کنید .
روش تثبیت را انتخاب کنید – بدون تثبیت ، تثبیت حداقل مربعات گالرکین (GLS) (پیش‌فرض)، تثبیت‌سازی در جهت باد پتروف-گالرکین (SUPG) ، یا انتشار ساده (روش قدیمی) را انتخاب کنید . هنگامی که تثبیت انتخاب می شود، یک مقدار برای ثابت ثبات α stab (بدون بعد) وارد کنید. مقدار پیش فرض 1 است و برای اکثر موقعیت های مدل سازی مناسب است.
تثبیت پیش‌فرض GLS کارآمدترین روش تثبیت است زیرا بر روی بخش‌های همرفتی، واکنشی و انتشاری معادلات حاکم عمل می‌کند. این نیز روش پیش فرض و روشی است که برای اکثر برنامه ها پیشنهاد می شود. ثابت تثبیت α stab را می توان بسته به مشکل حل شده، ماهیت جریان میانگین پس زمینه و مش محاسباتی تنظیم کرد.
توجه داشته باشید که اگر مشکلی در جایی حل شد که جریان متوسط ​​پس‌زمینه وجود ندارد، توصیه می‌شود یا از یکی از رابط‌های صوتی ترموویسکوز استفاده کنید یا تثبیت‌کننده را خاموش کنید و به گسسته‌سازی P1-P2-P2 بروید.
 
تثبیت در بخش مدلسازی با شاخه هواآکوستیک .
گسسته سازی
از لیست ترتیب و نوع عنصر را انتخاب کنید (Lagrange یا serendipity) پیش فرض برای همه متغیرهای وابسته Linear است.
 
انتخاب بین توابع شکل لاگرانژ و سرندیپیتی بر تعداد DOFهای حل شده برای مش اعوجاج و پایداری آن تأثیر دارد.
 
در COMSOL Multiphysics Reference Manual به جدول 2-4 برای پیوند به بخش های رایج و جدول 2-5 به گره های ویژگی مشترک مراجعه کنید همچنین می توانید اطلاعات را جستجو کنید: برای باز کردن پنجره راهنما ، F1 را فشار دهید یا برای باز کردن پنجره مستندسازی ، کلیدهای Ctrl+F1 را فشار دهید .
 
گره‌های دامنه، مرزی و جفتی برای خطی‌سازی‌شده Navier-Stokes، دامنه فرکانس و رابط‌های گذرا
پیشینه تئوری برای شاخه هواآکوستیک
 
به عنوان یک مدل آموزشی که تعامل آکوستیک-ساختار در حضور جریان را نشان می‌دهد، یعنی FSI در حوزه فرکانس، به مدل گالری کاربرد: صفحه ارتعاشی در جریان صفحه موازی ویسکوز دوبعدی مراجعه کنید .
https://www.comsol.com/model/vibrating-plate-in-a-2d-viscous-parallel-plate-flow-18871
یک نمونه پیشرفته از فلومتر کوریولیس در گالری برنامه یافت می شود: Coriolis Flowmeter: FSI Simulation در دامنه فرکانس.
https://www.comsol.com/model/coriolis-flow-meter-fsi-simulation-in-the-frequency-domain-51831
هر دو مدل معادلات خطی شده ناویر-استوکس همراه با مکانیک جامد را در حضور جریان حل می کنند. این مدل به هر دو ماژول آکوستیک و ماژول CFD نیاز دارد.