Mühendislik Sistemleri Nümerik Analiz

Mühendislik Sistemleri için Nümerik Analiz Yaklaşımları

• Sunum, Mühendislik Sistemleri için Nümerik Analiz Yaklaşımları başlıklıdır.
• Sunumu Dr. Öznur KOCAER KUL gerçekleştiriyor.
• Sunum, global mesh ayarları, global mesh kontrolleri ve minimal girdiler konularını ele alıyor.
• Küçük geometrik varlıklara dayalı olarak küresel eleman boyutları otomatik olarak hesaplanır.
• Fizik tercihlerine uygun akıllı varsayılan ayarlar seçilir.
• Gerekli ağ iyileştirme seviyesi için küresel ayarlamalar yapılır.
• Yüzeylerin eğrilikleri (konkavite/konvekslik) ve yakınlıkları (proximity) çözülür.
• Global mesh kontrolleri, ağ stratejisi (mesh strategy) kapsamında küresel ayarlamalar yapmak için kullanılır.
• Boyutlandırma fonksiyonları (sizing functions), inflation, smoothing, parametre girişleri ve montaj (assembly) meshing bu stratejiyi içerir.
• Global mesh kontrolleri, ağı (mesh) stratejisi kapsamında küresel ayarlamalar yapar.
• Global Mesh Ayarları, türbülans modelleme yöntemlerini ele alıyor.
• Global Mesh Ayarları, meshing (ağ oluşturma) stratejileri (stratifikasyon, boyutlandırma, inflation (şişirilmeler) ve smoothing (pürüzsüzleştirmeler) gibi stratejik unsur ve teknikler üzerine odaklanıyor.
• Minimum girdiler, küçük geometrik parçalar için küresel eleman boyutlarını belirlemek için kullanılan otomatik bir araçtır.
• Minimal Girdiler, Küçük geometrik varlıklara dayalı olarak küresel eleman boyutlarını otomatik olarak hesaplar.
• Duyarlı ağ iyileştirme aşamasında varsayılan ayarlar ve istenen kalitede ağ oluşturma süreçleri için önemlidir.

Size Function

• Ağa büyüme oranını ve dağılımını, yüzey eğrilikleri veya yakınlık gibi kritik bölgelerde yönetir.
• Beş olası seçenek sunar:
• Adaptive
• Proximity ve Curvature
• Curvature
• Proximity

Sizing Function Örneği

• Kenar ve yüzey boyutlamasını eğrilik normal açısına göre belirler.
• İnce eğrilik normal açıları (yani küçük eğrilik) ince ağlar oluşturur.
• Hücre büyümesini (growth rate) büyüme oranı belirler.

Proximity

• Modeldeki yakın bölgelerdeki ağ çözünürlüğünü kontrol eder.
• Dar boşluklara belirli miktarda eleman yerleştirir.
• Boşluk boyunca daha fazla hücre sayısı daha hassas bir ağ oluşturur.
• Hücre boyutunun geçişi (transition) büyüme oranı ile tanımlanır.

Min Boyut (Min Size)

• Boyut fonksiyonunun minimum eleman boyutunu belirler.
• Bazı eleman boyutları kenar uzunluğuna bağlı olarak daha küçük olabilir.
• Minimum boyut, maksimum yüzey boyutu ve maksimum boyutu aşmamalıdır.

Max Face Size

• Boyut fonksiyonunun maksimum yüzey boyutunu belirler.

Max Size

• Hacim ağı (volume mesh) içinde büyüyebilecek maksimum eleman boyutunu belirler.

Growth Rate

• Ağı oluşturmak için büyüme oranı parametresi kullanılır.
• Mesh hesaplaması için kullanılan bir parametredir.

Sizing: Transition

• Geçiş için iki farklı seviyeli kontrol seçeneği vardır:
• Yavaş (Varsayılan: CFD, Explicit):
• Hızlı (Varsayılan: Mekanik ve Elektromanyetik):
• Her iki yöntemde de elemanların büyüme hızını kontrol eder.

Sizing: Span Angle Center

• Açı merkezleme(Span Angle Center) parametresi, kenarlar için eğriliğe dayalı iyileştirme için kullanılabilir.
• Kaba (Coarse) 91-60, Orta (Medium) 75-24, İnce (Fine) 36-12 açılar arası seçenekler mevcuttur.

Inflation

• Sınır bölgelerindeki ince hücreleri oluşturmak için kullanılır.
• Duvar bitişiğindeki sınır tabakalarını yakalamak için gereklidir (CFD, viskoz sınır katmanı ve elektromanyetik analizde ince hava boşluklarının çözümü için gerekli).
• Küçük hücre dizileri (mesh) ağ yapısında (volume mesh) şişirilir veya genişletilir.
• Büyümeyi kontrol edecek seçenekler sağlar.

Smooth Transition

• Bir elemanın boyutunun önceki elemanın boyutuna oranı olarak tanımlanan bir büyüme oranıdır.
• Biraz daha hassas bir büyüme oranı kontrolü sunar.

Reverse Bias

• Bir veya daha fazla kenardaki asimetrik önyargıyı tersine çevirir.

Duvar Yakınındaki Ağ

• Yerel ağ ayarlarını ayarlamak için yöntemleri belirler.
• Mevcut kontroller şunlardır: -Yöntem (Method) – Cisim (Body), Kenar (Edge), Yüzey (Face) -Boyutlandırma (Sizing)– Köşe (Vertex), Kenar (Edge), Yüzey (Face), Cisim (Body) -Temas Boyutlandırma (Contact Sizing)– Kenar (Edge), Yüzey (Face) -Rafine (Refinement)- Köşe (Vertex), Kenar (Edge), Yüzey (Face) -Yüzey Ağ Oluşturma (Face Meshing)– Mapped/Paved Meshing, (Eşleştirilmiş/Kaplı Meshing), -Uygulama (Match Control)– Kenar (Edge), Yüzey (Face) -Sıkıştırma (Pinch)– Köşe (Vertex), Kenar (Edge) -Şişirilme (Inflation)– Kenar (Edge), Yüzey (Face) -Temas Bağlantıları (Contact Match Group/Match) -Düğüm Birleştirme ve Taşıma (Node Merge&Node Move)-Düğüm (Node)

Min ve Max Size

• Boyut fonksiyonunun minimum ve maksimum eleman boyutlarını kontrol eder.
• Küçük geometrik parçalarda kullanılacak uygun ağ boyutunu gösterir.

Growth Rate

• Ağı oluşturmak için bir büyüme oranı parametresi kullanır.
• Mesh hesaplamaları için kullanılacak bir parametredir.

Türbülans Modelleri

• Laminer, Geçiş, Türbülanslı akış türleri.
• Reynolds sayısı ile türbülans durumu arasında bir ilişki tanımlar.
• Türbülanslı akış türleri şunlardır:
• Dış Akış (external flow)
• İç Akış (internal flow) -Dış Akşlarda Reynolds Sayısı >500000
• İç Akşlarda Reynolds sayısı >2300

Türbülansın Kademeli Yapısı:

• Türbülanslı girdaplar en büyük ölçeklerde oluşur.
• Büyük girdaplar, enerjiyi ana akıştan alır.
• En büyük girdaplar, karışım katmanı kalınlığındadır.
• Girdaplar gerilir ve boyutları küçülür.
• Bu, enerjinin daha küçük girdaplara aktarılmasını sağlar.
• En küçük girdaplar moleküler viskozite ile ısıya dönüştürülerek yok olur.

Çözünürlük Zorluğu

• Türbülans bir süreklilik problemidir ve Navier-Stokes denklemleri ile tanımlanır.
• Sayısal simülasyonda tüm türbülans ölçeklerini çözmek son derece pahalıdır.
• DNS, LES ve RANS, türbülans ölçeklenmesini ve hesaplama yöntemlerini tanımlar.

Mesh Kalitesi Ayarları

• Mesh kalitesinin çözüme etkisi, iyi ağ, fizikçi ve çözüm gereksinimlerinin bir sonucu olarak sağlanır.

Genel Bakış

• Başlık genel bakış:
• Dersin kapsamı için kalite kriterleri
• Kaliteyi kontrol etme yöntemleri
• Ağ kalite araçları
• Fiziksel tabanlı ayarlar

Mesh Kalitesinin Etkisi

• İyi kaliteli mesh, mesh kalite kriterlerini doğru aralıklarda tutar ve ortak fiziksel problemlere uygun olarak tasarlanmıştır.
• Kötü kaliteli mesh, yakınsamada zorluk, yanlış fiziksel tanımlama ve düzensiz çözüm gibi sorunlara yol açar.
• Kullanıcı, kalite kriterlerini kontrol etmeli ve gerekirse gridi iyileştirmeli.
• Mesh parametrelerini ve çözücüyü optimize etmelidir.

Mesh İstatistikleri ve Mesh Metrikleri

• Mesh'in düğümleri ve elemanları hakkında bilgi sağlar.

Standard Duvar Fonksiyonları

• Duvar yakınındaki hücrelerin boyut ve büyüme oranlarının, logaritmik tabakaya eklemelerle kontrol edilmesi.

Y⁺-Intensive Wall Treatment

• Y+ (duvar mesafeleri) problemlerini çözmek için çözümleri optimize etme yöntemi.
• Bu, duvar yakınındaki sınır tabakasının çözümünü ve kalitesini iyileştirmeye yardımcı olur.

Harmanlanmış Duvar Yakını İşlemi k-w Modeli

• Duvar çözünürlüğüne karşı duyarsız bir formülasyon oluşturur.
• Alt ve üst tabakalara karşı hassas büyüme oranını tanımlar.
• k-e modelindeki hesaplamalarda bir sınırlayıcı ekler.
• İç ve dış sınır koşullarını atamak için kullanılır.

Duvar Yakını Akış Davranışı

• Hız profili, logaritmik ölçekli eksenler kullanılarak çizilir ve boyutlandırılır.
• Duvar yakınındaki ve dış bölgeler, belirgin bir şekle veya kalıba sahiptir.

Türbülanslı Sınır Tabaka Bölgeleri

• Belirli bir problemin farklı bölgeleri (örneğin, viskoz alt tabaka, logaritmik tabaka) vardır.
• Her bölgenin türbülanslı akış özelliklerini ve kontrolü hakkında bilgi sağlar.

İnce Izgara Hataları

• Duvar fonksiyonlarının kullanılarak belirtilen parametrelerin belirli bir ağın kalitesinden bağımsız olduğu düşünülmelidir.
• İyi mesh kalitesi için, türbülans modelleri tarafından kullanılan standart duvar fonksiyonlarına uyan ağ gereksinimlerinin göz önünde bulundurulması önerilir.
• Ağın incelik derecesi, çözümün doğru çalışması için önemli bir değişkendir.

Ölçeklenebilir Duvar Fonksiyonları

• Standart duvar fonksiyonlarının dezavantajlarını ortadan kaldıran yeni bir yaklaşım sunar.

Simetri Kontrolü (Cyclic / Linear)

• İki yüzey veya kenar arasındaki periyodik ilişkileri yakalayabilen bir yöntemdir.

Pinch

• İyi bir mesh kalitesi elde etmek için kullanılan etkili bir yöntemdir, küçük ve/veya dar özellik noktalarını çıkarır.

Inflation

• İnce hücreler oluşturmak ve duvar yakınında çözünürlüğü artırmak için kullanılır.
• Duvar yakınlarındaki ağla eşleşen katmanlar oluşturarak yapılır.
• Eşleştirmenin başarıyla tamamlandığı kontrol edilir.

Node Merge & Node Move

• Ağ düğümlerini birleştirip taşıma işlemlerini gerçekleştirerek ağ yoğunluğunu ve düzenini kontrol eder.

Özet

• Yerel Mesh kontrolleri
• Farklı Boyutlandırma Kontrolleri
• Haritalı Ağ Kontrolleri
• Periyodik Ağları Eşleştirilmesi
• Yerel Prizma Kontrolleri
• Kontakt Match Mesh nasıl kullanılır.
• Node Merge ve Node Move sınırlamaları.

Türbülans Modeli Seçimi

• Fluent'te kullanılabilen ve farklı türde akış problemleri için uygun olan çeşitli türbülans modellerini tanımlar. Bu modeller, farklı fiziksel koşullar için değişiklik gösterebilmektedir.

İki Denklemli Türbülans Modelleri

• Türbülanslı akış problemleri için kullanılan, iki denkleme dayalı türbülans modellerini açıklar.
• Bu modeller, türbülansın kinetik enerjisini ve dağılımını hesaplamak için iki bağımsız denkleme ihtiyaç duyar.

k-ɛ Modeli

• Türbülanslı kinetik enerji ve dağılımı (tükenme hızı) hesaplamaları için iki denklemli türbülans modelini açıklar.

k-ω Modeli

• Türbülans frekansında bir taşıma denklemi tanımlayan bir yöntem ve ilgili algoritmayı açıklar.

Wilcox k-ω Modeli Üzerine Yorumlar

• Bu modelin avantajlarını ve dezavantajlarını vurgulayan önemli noktaları ele alır.

Duvar Yakınındaki Modellemenin Motivasyonu

• Duvar-türbülans etkileşimlerindeki önemli noktaları gösterir.

Duvar Yakını Akış Davranışı

• Duvar yakını akış problemlerinde farklı türdeki davranışların nasıl gözlemlenebileceğini ve özelliklerini açıklar.

Türbülanslı Sınır Tabaka Bölgeleri

• Türbülanslı sınır tabakasını oluşturan farklı bölgelere ve özelliklerine dair önemli nokta ele alır.

İnce Izgara Hatalarında

• Standart duvar fonksiyonlarının ve düzleştirilmiş fonksiyonların olası kullanım problemlerini inceler.

Ölçeklenebilir Duvar Fonksiyonları

• Standart duvar fonksiyonlarının performansını artırmak için kullanılabilir alternatif bir teknik olarak tanımlanır.

Mesh Kalite Metrikleri

• Ortogonal kalite (OQ) hesaplaması hakkında detaylı açıklamalar verir.

Aspect Ratio

• Mesh'in kalite metriklerine yönelik olan görünüm oranına dair önemli bilgileri içerir (2D/3D).

Jacobian Oranı

• Jacobian oranı hakkında ayrıntılar ve diğer mesh metrikleri ile olan ilişkisi.

Characteristic Length

• Belirli bir zaman adımının hesaplanması için karakteristik uzunluk metriklerinin kullanımı açıklanır.

Düzgünlük (Smoothness)

• Smoothness kontrolü için kullanılan parametrelere ve ölçütlere dair bilgiler mevcuttur.

Fluent için Mesh Kalite Kontrolü

• Fluent içinde kullanılabilir mesh kontrol araçları ve fonksiyonları gösterilmektedir.

Kaliteyi Etkileyen Faktörler

• Geometri problemleri
• Küçük kenarlar
• Boşluklar
• Keskin açılar

Mesh ayarlarını değiştirin

• Mesh ayarlarını nasıl değiştireceğinizi açıklar.

Neler Öğrendik

• Mesh kalitesinin çözüme etkisi
• Mesh Kriterleri
• (Özel) Uygulamalar için gereksinimler
• Farklı fiziksel tabanlı ayarlar

Fluent Dosya Türleri

• Fluent'te kullanılan dosya türleri ve formatlarının açıklamaları.

ANSYS Fluent Workflow

• Fluent içindeki adım adım işlemlerin nasıl yapılacağı.

Fiziği Ayarlama: Diğer Grup Kutuları

• Çözücü (Solver)
• Modeller (Models)

Fiziği Ayarlama: Enerji (Isı Transferi)

• Isı transferi ile ilgili ayarlamaların nasıl yapılması gerektiğini açıklar.

Hücre Bölgeleri ve Sınır Bölgeleri

• Hücre bölgesi, sınır bölgesi gibi konseptleri açıklar.

Sınır ve Hücre Bölgesi Koşulları Bağlam Menüsü

• Sınır ve hücre bölgesi koşullarını düzenlemek için kullanılabilecek bağlam menüsünü açıklar.

İyi Tanımlanmış Sınır Koşulları Belirleme

• İyi tanımlanmış sınır koşullarının belirlenmesi ve çeşitleri.
• Uygun sınır koşullarının türleri.

Akışkan Yoğunluğu

• Akışkan yoğunluğu ile ilgili bilgiler verir.

İşletim Basıncı

• İşletim basıncı ile ilgili gerekli bilgiler.

Genel Bakış

• Mesh Kalitesi
• Ağ Kalitesini kontrol etme yöntemleri
• Ağ Kalitesini İyileştirme Araçları
• Fizik Tabanlı Ayarlamaları

Bu sunum, mühendislik sistemleri için nümerik analiz yaklaşımlarını ele almaktadır. Dr. Öznur KOCAER KUL tarafından gerçekleştirilen sunum, global mesh ayarları ve kontrolleri ile ilgili önemli konuları kapsar. Yüzey eğrilikleri ve ağ stratejileri üzerinde durulmaktadır.