SOLIDWORKS Flow Simulation Sınır Tabakası ve Y-Plus İncelemesi

SOLIDWORKS Flow Simulation sınır tabakası ve Y-Plus incelemesi
Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) alanında, sınır tabakasının davranışını ve Y-plus değerlerini anlamak, tasarımlarınızı optimize etmek için çok önemlidir. Bu parametreler, yüzeylerin yakınındaki akış özellikleri hakkında bilgi sağlar ve bu da performans ve verimliliği önemli ölçüde etkileyebilir. Ayrıca modelin çözümünde kullanılan mesh kalitesi kritik bir rol oynar. Özellikle akışkan ile katı yüzey arasındaki etkileşimleri anlamak için boundary layer (sınır tabakası) ve bu tabaka içerisindeki çözünürlüğü ifade eden Y+ değeri dikkatle incelenmelidir.
Boundary Layer (Sınır Tabakası) Nedir?
Akışkan bir yüzey üzerinde hareket ettiğinde, akışkanın yüzeye temas eden kısmı yapışma (no-slip) koşulu nedeniyle sıfır hızdadır. Yüzeyden uzaklaştıkça hız artar ve serbest akış hızına ulaşır. İşte bu geçiş bölgesine boundary layer (sınır tabakası) denir.
SOLIDWORKS Flow Simulation’da sınır tabakası:

• Akışkanın yüzey ile etkileşimini çözümlemek için özel mesh katmanları ile modellenir.
• Bu katmanlar, yüzeye yakın bölgede hız ve sıcaklık gradyanlarının doğru şekilde hesaplanmasını sağlar.
• Özellikle ısı transferi ve sürtünme kaynaklı basınç kayıpları analizlerinde doğru mesh tanımı kritik öneme sahiptir.

Sınır Katmanı Yaklaşımları: İnce ve Kalın Ağ İşleme
Bir yöntem, sınır tabakası boyunca altı veya daha az hücreli kaba bir ağ üzerindeki sınır tabakalarını tanımlayan "ince sınır tabakası yaklaşımı"dır. Bu yaklaşımda, Prandtl sınır tabakası denklemleri duvarın normali boyunca entegre edilmiştir. Bu yaklaşım sıfırdan başlar ve duvarın yakınındaki bir akışkan akım çizgisi boyunca dinamik sınır tabakası kalınlığı çözümüne kadar uzanır. Aynı yaklaşım, her sınır tabakasının kalınlığıyla birlikte ele alındığı termal ve konsantrasyon sınır tabakaları için de kullanılır.
Sınır tabakası boyunca altı veya daha fazla hücreye sahip ince bir ağdaki sınır tabakalarını tanımlamak için "kalın sınır tabakası" yaklaşımı kullanılır. Bu yaklaşımda, laminer sınır tabakalarının parametrelerinin hesaplanması Navier-Stokes denklemi ile yapılır ve türbülanslı sınır tabakası için, iyi bilinen "duvar fonksiyonu" yaklaşımının bir modifikasyonu kullanılır.
SOLIDWORKS Flow Simulation tarafından uygun bir sınır katmanı yaklaşımı otomatik olarak seçildiğinden, yaklaşımlardan birini manuel olarak seçmemize gerek yoktur. Analiz tamamlandıktan sonra, Cutplot'taki seçeneği etkinleştirerek sınır katmanını görüntüleyebilirsiniz.
Y+(Y-Plus) nedir?
Y-Plus, hesaplamalı akışkanlar dinamiğinde, ağdaki duvardan ilk hücre merkezine olan mesafeyi tanımlamak için kullanılan boyutsuz bir parametredir. Viskoz kuvvetlerin önemli olduğu, katı bir yüzeyin yakınındaki ince akışkan bölgesi olan sınır tabakasının davranışını doğru bir şekilde tahmin etmek için önemlidir.
Diğer CFD programlarının aksine, SOLIDWORKS Flow Simulation ile Y-Plus değeri veya duvar yakınındaki hücre boyutu konusunda endişelenmemize gerek kalmıyor, çünkü bunlar yazılım tarafından dahili olarak işleniyor. Bu dahili işlem, SOLIDWORKS Flow Simulation'ın diğer CFD yazılım programlarına göre analiz kurgusunu daha kolay oluşturulmasının nedenlerinden biridir.
Y+(Y-Plus) Değerinin Önemi
Y+ değeri, türbülans modeli ile doğrudan ilişkilidir. SolidWorks Flow Simulation’da kullanılan RANS tabanlı türbülans modellerinde, farklı Y+ aralıkları farklı çözüm stratejileri sağlar:

• Y+ < 1 → Laminer alt tabaka doğrudan çözülür. (Detaylı boundary layer çözümü, yüksek mesh yoğunluğu gerekir.)
• 1 < Y+ < 5 → Transition bölgesi. (Genellikle CFD’de en doğru ısı transferi sonuçları bu aralıkta alınır.)
• 30 < Y+ < 300 → Wall function yaklaşımı kullanılır. (Daha az mesh ihtiyacı, daha hızlı çözüm; fakat ısı transferi doğruluğu düşebilir.)

Kısaca:

• Isı transferi ağırlıklı analizlerde Y+ değerinin düşük tutulması gerekir.
• Basınç kayıplarının önemli olduğu büyük hacimli analizlerde yüksek Y+ ile çözüm daha pratik olabilir.

Y+(Y-Plus) Görüntüleme
Y-Plus'yı görüntülemek için, kayma gerilimi, yoğunluk, duvar mesafesi ve dinamik viskozite kullanarak özel bir görselleştirme parametresi tanımlayabilirsiniz. Y-Plus, boyutsuz bir parametredir ve bir yüzey grafiği kullanılarak çizilebilir. Bir ile otuz arasında düşük bir Y-Plus değeri, sonuç doğruluğu ve hesaplama maliyetini dengeleyen çoğu pratik uygulama için uygundur.


 

‍