ژانویه 15, 2021

برنامه تولید

– نمایش نتایج بصورت‌های مختلف : نتایج بدست آمده بصورت‌های مختلف چارت، گراف، منحنی، کانتور، فیلم، واقعیت مجازی، جدول و غیره نمایش داده می‌شود.
– تجزیه و تحلیل نتایج : صحت نتایج بدست آمده باید بررسی شده و نقاط ضعف برنامه مورد ارزیابی قرار گیرد. همواره لازم است که صحت برنامه نوشته شده با حل یک مسئله مشابه که نتایج تجربی آن‌ موجود باشد تأیید شود. از طرفی نتایج بدست آمده از اجرای برنامه مذکور مستقل از شبکه تولید شده باشد. به عبارت دیگر شبکه تولید شده به اندازه کافی ریز بود و دارای تراکم مناسب در نواحی که گرادیان‌های هندسی یا جریان زیاد است، باشد.
– ارائه نتایج بصورت‌های مختلف : آخرین گام ارائه نتایج بصورت یک گزارش، تز، رساله، مقاله و سمینار می‌باشد. باید توجه داشت که ارائه درست نتایج نقش مهمی در بازتاب فعالیت انجام‌شده ایفا می‌کند.
نکات مهم در شبیه سازی عددی جریان
برای نوشتن یک برنامه رایانه‌ای و حل عددی میدان جریان، علاوه بر توانایی فردی در برنامه نویسی و دانش کامسول او در زمینه محاسبات عددی، موارد بسیاری وجود دارد که باید در نوشتن برنامه به آن‌ توجه ویژه داشت. بدیهی است که نادیده گرفتن موارد مهم زیر در شبیه سازی دینامیک سیالات عددی، موجب کاهش کارایی و حتی عدم اعتماد به برنامه می‌شود.
– تولید شبکه : تولید یک شبکه مناسب تأثیر بسیار زیادی در دقت نتایج بدست آمده خواهد داشت. لازم است در نواحی که گرادیان‌های جریان زیاد است و یا سطح جسم از لحاظ هندسی با تغییرات زیادی همراه است، شبکه از تراکم مناسبی برخوردار باشد. همچنین، جواب نهایی مستقل از شبکه باشد. بعبارت دیگر، شبکه باید تا اندازه‌ای ریز شود که تمام مقیاس‌های طولی و زمانی جریان را صید کرده و با ریزتر کردن آن‌ تغییری در نتایج محاسبه شده حاصل نگردد. توجه شود که شبکه‌ای که بیش از حد ریز شود علاوه بر بحث افزایش زمان رایانه، عواقبی از قبیل اضافه شده خطاهای همگرایی نیز دارد.
– شرائط مرزی : تعریف دقیق مرزی از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است. در صورتی تعریف نامناسب شرایط مرزی احتمال واگرا شدن حل بسیار بوده و حتی در صورت همگرا شدن نتایج بدست آمده به هیچ عنوان قابل اعتماد نیست (استفاده از شرائط مرزی نامناسب به معنی حل یک مسئله متفاوت می‌باشد).
– مدلسازی آشفتگی : خیلی از رژیم‌های جریان آشفته می‌باشد. بسته به نوع رژیم جریان آشفته و هندسه مرزها باید از مناسب ترین مدلسازی آشفتگی استفاده نمود.
– حساسیت برنامه : برنامه نوشته شده تا حد ممکن نباید حساس باشد. در شبیه سازی توسط برنامه‌های دینامیک سیالات عددی مثل کامسول این حساسیت ممکن است مربوط به شرائط مرزی، الگوریتم و یا شبکه تولید شده باشد.
– پایداری : در برنامه‌هایی که از روش‌های صریح برای حل عددی میدان جریان استفاده می‌شود، امکان ناپایداری در فرآیند حل بسیار زیاد است. بنابراین، لازم است در تعریف گام زمانی و کیفیت شبکه تولید شده، دقت شود.
– راندمان (نرخ همگرایی) : یکی از معیارهای کارائی یک برنامه راندمان آن‌ می‌باشد. در صورتیکه گسسته سازی معادلات‌حاکم و الگوریتم‌های استفاده شده و همچنین کیفیت شبکه مطلوب باشد، راندمان برنامه افزایش می‌یابد.
– غیر حساس بودن به تغییرات جزئی شبکه : برنامه تولید شده باید از این ویژگی برخوردار باشد که با تغییر جزئی شبکه، نتایج بدست آمده بطور چشمگیر تغییر نیابد.
– دقت حل : یکی از مهمترین ویژگی‌های یک برنامه دینامیک سیالات عددی دقت آن‌ است. استفاده از روش‌های گسسته سازی مرتبه بالاتر و همچنین بهره گیری از دقت مضاعف و شبکه‌های ریز از جمله راهکارهای افزایش دقت در کسب نتایج بهتر می‌‌باشد.
– گرافیک : در پردازش نتایج بدست آمده، نمودارها، منحنی‌ها، کانتورها(خطوط همتراز) و غیره، نقش غیر قابل انکاری در ارائه مناسب نتایج دارد. استفاده بهینه از این ویژگی‌ها، موجب افزایش بینش محقق در مورد نتایج و همچنین افزایش کیفیت ارائه آنها می‌شود.
– توانائی رایانه : یک برنامه کارآمد دینامیک سیالات عددی بدون سخت افزار مناسب، عملاً غیر قابل استفاده است. اگر چه در سالیان اخیر سخت افزارهای رایانه‌‌ای پیشرفته چشمگیری داشته، امّا هنوز مسائل بی‌شماری وجود دارد که نمی‌توان آنها را با استفاده از پیشرفته‌ترین رایانه‌های شخصی شبیه سازی نمود. برای رفع این مشکل از ابر رایانه‌ها و یا سیستم‌های پردازش موازی استفاده می‌شود.
چگونگی شبیه سازی عددی جریان
اولین گام در شبیه سازی جریان به کمک دینامیک سیالات عددی، تکه تکه کردن قلمرو فیزیکی به نواحی کوچک (شبکه بندی) و حل معادلات‌حاکم در هریک از نواحی (در متدهای حجم محدود و المان محدود) و یا تبدیل آن‌ به دامنه محاسباتی با استفاده از متریک‌ها و ژاکوبین‌ها (در متدهای تفاضل محدود) می‌باشد. بنابراین تولید‌شبکه‌عددی‌مناسب برای تمامی کاربردهای دینامیک‌سیالات‌عددی امری ضروری‌است.
تبدیل معادلات حاکم بر جریان از فرم دیفرانسیلی به فرم گسسته (معادلات‌جبری) نیز باید در تمام کاربردهای دینامیک سیالات عددی انجام شود. البته در متدهای حجم محدود و المان محدود، فرم انتگرالی معادلات حاکم و در کاربردهای تفاضل محدود، فرم دیفرانسیلی معادلات‌حاکم مد نظر می‌باشد. لازم به توضیح است که تبدیل معادلات‌دیفرانسیل به معادلات‌جبری با استفاده از روش‌ها و الگوریتم‌های متعدد گسسته سازی امکان پذیر است.

پس از تبدیل معادلات‌حاکم به فرم معادلات‌جبری، باید دستگاه معادلات‌جبری حل شود. در روش‌های ضمنی دستگاه معادلات برای تمام المان‌ها همزمان حل می‌شود که این امر حافظه بسیاری بخصوص برای جریان‌های سه بعدی طلب می‌کند. در روش‌های صریح، دستگاه معادلات برای المان‌ها مستقل از یکدیگر حل می‌شود که حافظه مورد نیاز را شدیداً کاهش می‌دهد.
مشکلات عمده
موارد متعددی وجود دارد که در شبیه سازی جریان با کاربردهای مختلف دینامیک سیالات عددی، به عنوان مشکل مطرح می‌شود که البته قابل حل می‌باشند. عمده‌ترین این مشکلات عبارتند از:
هندسه‌های پیچیده