תנאי גבול בדינמיקה של זורמים

בדינמיקה חישובית של זורמים , (Computational fluid dynamics CFD), תנאי הגבול הם חלק עיקרי בהגדרה ופתרון בעיה. על המשתמש להגדיר את תנאי הגבול בצורה נכונה, חכמה ויעילה תוך היכרות והבנה של תפקידם באלגוריתם הנומרי.

תנאי שפה שאינם מוגדרים היטב, עלולים להוביל לפתרון שגוי והגדלה של הזמן לפתירת הבעיה. בעיות בלתי תמידיות דורשות בנוסף גם "תנאים התחלתיים" המגדירים את הערכים התחלתיים של הזרימה.

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

בבעיות של זרימה מוקפת קירות נדרוש כתנאי גבול אי החלקה ואי חדירה 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 כך שמעבר 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 (מרחק מציר הסימטריה) ועבור כל θ (זווית הטיה) ובכל חתך-Z, משתני זרימה בעלי אותו ערך ופילוג.

דוגמה לכך היא הזרימה אקסיסימטרית לאורך ציר מרכזי של צינור.

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

תנאי גבול סימטריים

תנאי גבול סימטרי

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

כל המשתנים באותו מרחק מהגבול בעלי אותו ערך וגרדיאנט.

תנאים בגבול סימטרי הם -

• אין זרימה דרך הגבול
• אין שטף סקלר דרך הגבול

דוגמה לכך היא זרימה בצינור 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 בשונה מזו המתקבלת מתנאי גבול סימטריים. דוגמה לכך תהיה זרימה בשבשבת, שבה האזור המסומן חוזר על עצמו ארבע פעמים בקואורדינטות r-תטא . האזורים המחזוריים-סימטריים צריכים להיות בעל אותם משתני זרימה ופילוג וצריכים למלא את התנאי עבור כל חתך 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