भाग 1 में , मैंने उपयोग करके फॉर्मूला स्टूडेंट बॉडीवर्क की गुणवत्ता का मूल्यांकन करने पर ध्यान केंद्रित किया CATIA । सतह की निरंतरता, वक्रता और परावर्तन व्यवहार की जांच करके, मैंने उन क्षेत्रों की पहचान की जिन पर CFD में आगे बढ़ने से पहले अधिक ध्यान देने की आवश्यकता थी। ज्यामिति के मान्य होने के बाद, मैंने सरफेस एनालिसिस का SIMULIA CFD विश्लेषण के साथ आगे बढ़कर यह जांच की कि बॉडीवर्क वायु प्रवाह के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है और मॉडल को वायुगतिकीय मूल्यांकन के लिए तैयार किया।
इस लेख में, मैं SIMULIA Fluid Dynamics Engineer में अपनाई गई कार्यप्रणाली को साझा करूँगा, जिसमें आयातित ज्यामिति को ठीक करने और बाहरी द्रव डोमेन बनाने से लेकर भौतिकी को परिभाषित करने, मेश उत्पन्न करने और पहले CFD परिणामों की व्याख्या करने तक की प्रक्रिया शामिल है।.
यह अध्ययन एक आधारभूत वायुगतिकीय जांच का प्रतिनिधित्व करता है, न कि अंतिम वाहन सत्यापन का। मेरा उद्देश्य बॉडीवर्क के चारों ओर वायु प्रवाह के व्यवहार को समझना, यह मूल्यांकन करना था कि क्या CATIA विश्लेषण के दौरान पहचानी गई सतह की विशेषताएं प्रवाह को प्रभावित करती हैं, और भविष्य में डिजाइन में सुधार के लिए संभावित क्षेत्रों की पहचान करना था।.
CATIAमें ज्यामिति सत्यापन और संशोधन प्रक्रियाओं को पूरा करने के बाद, मैंने मॉडल को SIMULIA फ्लूइड मॉडल क्रिएशन में स्थानांतरित कर दिया।.
पहले ANSYS Fluent के साथ काम करने के अनुभव के कारण, मुझे इस परियोजना का सबसे रोचक हिस्सा दोनों CFD वर्कफ़्लो की तुलना करना लगा। मैंने पाया कि मुख्य अंतर सिमुलेशन के पीछे की भौतिकी में नहीं था, बल्कि इस बात में था कि प्रत्येक प्लेटफ़ॉर्म संपूर्ण सिमुलेशन प्रक्रिया को कैसे व्यवस्थित करता है।.
मेरे अनुभव के अनुसार, ANSYS Fluent एक बहुत ही सॉल्वर-केंद्रित कार्यप्रवाह प्रदान करता है। यह उपयोगकर्ताओं को कई विस्तृत सेटिंग्स तक सीधी पहुँच प्रदान करता है, जिनमें मेशिंग नियंत्रण, विखंडन योजनाएँ, दबाव-वेग युग्मन विधियाँ, अशांति मॉडल और अभिसरण पैरामीटर शामिल हैं।.
SIMULIA Fluid Dynamics Engineer, 3DEXPERIENCE प्लेटफॉर्म के भीतर एक अधिक एकीकृत CAD-से-CFD दृष्टिकोण का अनुसरण करता है । ज्यामिति की तैयारी, बाहरी द्रव-डोमेन निर्माण, हेक्स-डोमिनेंट मेशिंग, प्रिज्म-लेयर जनरेशन, भौतिकी परिभाषा और पोस्ट-प्रोसेसिंग सभी एक ही उत्पाद डेटा वातावरण से जुड़े रहते हैं।
दोनों कार्यप्रणालियाँ परिमित-आयतन सीएफडी विधियों पर आधारित हैं और इनका उपयोग आरएएनएस सिमुलेशन के लिए किया जा सकता है। इसलिए, मुझे जो मुख्य अंतर नज़र आया, वह सिमुलेशन के पीछे के समीकरणों में नहीं, बल्कि इंजीनियर द्वारा पूरी प्रक्रिया के साथ बातचीत करने के तरीके में था।.
इस पहले वायुगतिकीय अध्ययन के लिए, मुझे छात्र लाइसेंस की सीमाओं और उपलब्ध सेल-काउंट बजट को भी ध्यान में रखना पड़ा। हर जगह बहुत बारीक जाल लगाने के बजाय, मैंने उपलब्ध तत्वों को उन क्षेत्रों पर केंद्रित किया जहाँ वे सबसे अधिक मूल्य प्रदान करेंगे:
गणना संसाधनों को बचाने के लिए दूर-क्षेत्र को अपेक्षाकृत मोटा रखा गया था।.
सीमा परत के लिए, मैंने बॉडी-फिटेड प्रिज्म परतों का उपयोग करने की योजना बनाई। पहली परत की ऊँचाई, वृद्धि दर और कुल मोटाई का चयन टर्बुलेंस मॉडल और लक्षित y+ रेंज के अनुसार किया जाना आवश्यक था। SIMULIA Fluid Dynamics Engineer जटिल सतहों और दीवार के निकट प्रवाह व्यवहार को बेहतर ढंग से समझने के लिए इस प्रकार का बॉडी-फिटेड मेशिंग दृष्टिकोण प्रदान करता है।.
प्रारंभिक सिमुलेशन के लिए, मैंने एक स्थिर असंपीड्य RANS दृष्टिकोण का चयन किया। चूंकि यह एक आधारभूत अध्ययन था, इसलिए मेरा उद्देश्य अंतिम वायुगतिकीय प्रमाणीकरण मान प्राप्त करना नहीं था, बल्कि बॉडीवर्क के आसपास की मुख्य प्रवाह संरचनाओं को समझना था।.
समाधान प्रक्रिया के दौरान, मैंने न केवल अवशिष्ट अभिसरण बल्कि वायुगतिकीय बल स्थिरता, दबाव वितरण और तरंग विकास की भी निगरानी की। किसी सिमुलेशन को केवल अवशिष्ट मानों में कमी आने से विश्वसनीय नहीं माना जा सकता; वायुगतिकीय बलों का भी स्थिर व्यवहार तक पहुंचना आवश्यक है।.
चित्र 10. बाहरी डोमेन निष्कर्षण और मेश जनरेशन से पहले ठीक हो चुकी बॉडीवर्क ज्यामिति को SIMULIA फ्लूइड मॉडल क्रिएशन में स्थानांतरित किया गया।.
अगला चरण फ्लूइड डोमेन कमांड का उपयोग करके बॉडीवर्क के चारों ओर बाहरी फ्लूइड डोमेन बनाना था।.
यह डोमेन उस वायु की मात्रा को दर्शाता है जिसका विश्लेषण सीएफडी विश्लेषण के दौरान किया जाएगा। इसका आकार और इसके भीतर वाहन की स्थिति परिणामों की सटीकता और गणना लागत दोनों को सीधे प्रभावित करती है।.
निर्धारित क्षेत्र के भीतर बॉडीवर्क को स्थापित करते समय, मैंने निचली सीमा को सही ग्राउंड क्लीयरेंस पर रखकर वाहन की इच्छित राइड हाइट को बनाए रखा।.
यह विवरण महत्वपूर्ण है क्योंकि बॉडीवर्क और जमीन के बीच की दूरी अंडरबॉडी प्रवाह, दबाव वितरण और वाहन के सामने वाले हिस्से के साथ हवा की परस्पर क्रिया को प्रभावित करती है।.
मैंने कृत्रिम अवरोध के प्रभावों को कम करने के लिए वाहन के चारों ओर पर्याप्त जगह भी प्रदान की। आने वाले प्रवाह को ठीक से विकसित होने देने के लिए ऊपरी क्षेत्र को बढ़ाया गया, जबकि तरंग विकास के लिए अतिरिक्त निचली जगह आरक्षित रखी गई।.
हालांकि, सीमित छात्र-लाइसेंस मेश बजट के साथ काम करने के कारण, मुझे संतुलन बनाना पड़ा। यदि अतिरिक्त सेल महत्वपूर्ण प्रवाह क्षेत्रों में सुधार नहीं कर रहे हैं, तो बड़ा डोमेन होने का मतलब यह नहीं है कि परिणाम बेहतर होंगे।.
चित्र 11. बॉडीवर्क के चारों ओर निर्मित बाहरी द्रव क्षेत्र।.
बाह्य डोमेन बनाने के बाद, मैंने बॉडीवर्क सतहों को द्रव मॉडल के भीतर एक अलग क्षेत्र के रूप में परिभाषित किया।.
यह चरण SIMULIA वाहन की ज्यामिति और आसपास के वायु आयतन के बीच अंतर करने की अनुमति देता है, जिससे सिमुलेशन सेटअप के दौरान सही दीवार सीमा शर्त लागू करना संभव हो जाता है।.
इस चरण में, मैंने यह सत्यापित किया कि चयनित चेहरे शरीर की संरचना का सही प्रतिनिधित्व करते हैं और पुष्टि की कि SIMULIA खुली सीमाओं या प्रतिच्छेदी सतहों के बिना द्रव आयतन का निर्माण कर सकता है।.
यह इस बात की भी एक महत्वपूर्ण पुष्टि थी कि CATIA में पहले की गई ज्यामिति-सफाई प्रक्रिया ने मॉडल को CFD के लिए सफलतापूर्वक तैयार कर दिया था।.
चित्र 12. द्रव मॉडल क्षेत्र के रूप में परिभाषित बॉडीवर्क सतहें।.
द्रव डोमेन तैयार होने के बाद, मैंने आधारभूत वायुगतिकीय विश्लेषण के लिए एक स्थिर-अवस्था सिमुलेशन चरण बनाया।.
मैंने पुनरावृत्तियों की अधिकतम संख्या 2000 निर्धारित की और संवेग, अशांत गतिज ऊर्जा (टीकेई) और ओमेगा समीकरणों के लिए अभिसरण मानदंड परिभाषित किए।.
ये अवशिष्ट मान संख्यात्मक अभिसरण के बारे में उपयोगी जानकारी प्रदान करते हैं, लेकिन मैंने केवल इन्हीं पर भरोसा नहीं किया। मैंने यह निर्धारित करने के लिए वायुगतिकीय बलों और दबाव व्यवहार की भी निगरानी की कि क्या समाधान भौतिक रूप से स्थिर अवस्था में पहुँच गया है।.
कम अवशिष्टों वाले सिमुलेशन में भी अतिरिक्त पुनरावृति की आवश्यकता हो सकती है यदि ड्रैग, लिफ्ट या दबाव के मान लगातार बदलते रहते हैं।.
चित्र 13 – अधिकतम 2000 पुनरावृत्तियों और संवेग, TKE और ओमेगा के लिए अवशिष्ट स्टॉपिंग मानदंड के साथ स्थिर-अवस्था समाधान चरण।.
प्रवेश सीमा के लिए, मैंने अपस्ट्रीम सतह के लंबवत 15 मीटर/सेकंड के वेग परिमाण के साथ एक वेग प्रवेश लागू किया।.
अशांति की स्थितियों को अशांति की तीव्रता और अशांत श्यानता अनुपात का उपयोग करके परिभाषित किया गया था, इस आधारभूत मॉडल के लिए मान 0.1 और 100 थे।.
आउटलेट पर, मैंने 0 Pa के स्थिर गेज दबाव के साथ एक दबाव आउटलेट स्थिति लागू की, जिससे संदर्भ दबाव बनाए रखते हुए प्रवाह चर को स्वाभाविक रूप से विकसित होने दिया जा सके।.
बॉडीवर्क की सतहों को ठोस दीवार सीमाओं के रूप में परिभाषित किया गया था। इससे सिमुलेशन को महत्वपूर्ण वायुगतिकीय घटनाओं को समझने में मदद मिली, जैसे कि:
चित्र 14ए – भौतिक व्यवहार
चित्र 14बी – 15 मीटर/सेकंड के मुक्त प्रवाह वेग के साथ अपस्ट्रीम फेस पर लागू वेग इनलेट सीमा स्थिति।.
चित्र 15. 0 Pa के स्थिर गेज दबाव के साथ अनुप्रवाह सतह पर लगाया गया दबाव आउटलेट।.
सिमुलेशन शुरू करने से पहले, मैंने फील्ड आउटपुट और हिस्ट्री आउटपुट दोनों को परिभाषित किया।.
फील्ड आउटपुट का उपयोग कम्प्यूटेशनल डोमेन में प्रवाह चरों को देखने के लिए किया गया था। चयनित चरों में निम्नलिखित शामिल थे:
ये परिणाम बाद में दबाव भिन्नताओं, त्वरण क्षेत्रों, घूर्णी प्रवाह संरचनाओं और संभावित पृथक्करण क्षेत्रों की पहचान करने में सहायक होंगे।.
बॉडीवर्क सतहों के लिए, मैंने निगरानी हेतु ऐतिहासिक आउटपुट बनाए:
समाधान के दौरान इन मूल्यों पर नज़र रखने से अवशिष्ट प्लॉटों पर निर्भर रहने की तुलना में वायुगतिकीय अभिसरण की अधिक स्पष्ट तस्वीर प्राप्त हुई।.
मैंने यह मूल्यांकन करने के लिए दीवार अपरूपण और y+ मानों का भी अनुरोध किया कि क्या निकट-दीवार जाल चयनित अशांति उपचार के लिए उपयुक्त था।.
चित्र 16. आउटपुट।.
इस आधारभूत अध्ययन के लिए, मैंने संपूर्ण बाह्य द्रव डोमेन के लिए एक हेक्स-डोमिनेंट मेश उत्पन्न किया।.
वैश्विक तत्व का आकार 1 मिमी और 5 मिमी के बीच निर्धारित किया गया था, और जहां अधिक ज्यामितीय विवरण की आवश्यकता थी, वहां छोटे तत्वों को केंद्रित किया गया था। मैंने सात प्रिज्म परतों का उपयोग करके सीमा परतें भी सक्षम कीं, जिसमें पहली परत की मोटाई 0.2 मिमी थी।.
ये परतें बॉडीवर्क सतह के निकट वेग प्रवणता को पकड़ने और सिमुलेशन के बाद दीवार अपरूपण तनाव और y+ मानों के मूल्यांकन की अनुमति देने के लिए महत्वपूर्ण थीं।.
हालांकि, छात्र लाइसेंस की सीमाओं और सीमित सेल-काउंट बजट के कारण, मेश को सटीकता और गणना लागत के बीच संतुलन बनाकर बनाना पड़ा। इसी कारण मैंने इस मेश को अंतिम मेश-स्वतंत्र समाधान के बजाय एक आधारभूत कॉन्फ़िगरेशन माना।.
मेश जनरेशन के बाद, मैंने एस्पेक्ट रेशियो, डिस्टॉर्शन, अधिकतम और न्यूनतम कोण, स्क्यूनेस और स्ट्रेच सहित कई मानदंडों का उपयोग करके गुणवत्ता रिपोर्ट की समीक्षा की।.
अधिकांश तत्व स्वीकार्य सीमा के भीतर थे। कुछ ही प्रतिशत कोशिकाओं को खराब या निम्न श्रेणी में रखा गया, मुख्यतः अनुपात मानदंड के आधार पर। यह एक जटिल बाह्य-प्रवाह मॉडल के लिए अप्रत्याशित नहीं था, जहाँ पूरे डोमेन में तत्वों की उत्तम गुणवत्ता बनाए रखने से गणना लागत में काफी वृद्धि हो सकती है।.
गुणवत्ता रिपोर्ट ने पुष्टि की कि जाली प्रारंभिक वायुगतिकीय जांच के लिए उपयुक्त थी, लेकिन इसने जाली की स्वतंत्रता को प्रदर्शित नहीं किया।.
भविष्य के संस्करण के लिए, मैं पूरे डोमेन को समान रूप से परिष्कृत करने से बचूंगा और इसके बजाय सबसे महत्वपूर्ण वायुगतिकीय क्षेत्रों पर अतिरिक्त तत्वों पर ध्यान केंद्रित करूंगा:
यह दृष्टिकोण उन क्षेत्रों में बेहतर सटीकता प्रदान करेगा जहां इसकी सबसे अधिक आवश्यकता है, साथ ही सिमुलेशन लागत को भी नियंत्रण में रखेगा।.
चित्र 17. बेसलाइन मॉडल के लिए हेक्स-डोमिनेंट मेश सेटिंग्स और गुणवत्ता रिपोर्ट।.
मेश और सिमुलेशन सेटअप पूरा हो जाने के बाद, मैंने स्थिर-अवस्था समाधान शुरू किया और परिणामों की निगरानी शुरू कर दी।.
गणना के दौरान, मैंने वायुगतिकीय बल घटकों के विकास का अध्ययन करने के लिए ऐतिहासिक परिणामों का उपयोग किया। इससे मुझे यह समझने में मदद मिली कि पुनरावृति बढ़ने के साथ-साथ समाधान स्थिर स्थिति की ओर बढ़ रहा था या नहीं।.
मैंने सिमुलेशन की प्रगति के लगभग 1% चरण में नीचे दी गई छवि ली। चूंकि समाधान अभी भी विकसित हो रहा था, इसलिए प्रदर्शित बल मान अंतिम वायुगतिकीय परिणाम को नहीं दर्शाता है।.
संपूर्ण अभिसरण मूल्यांकन के लिए, मैंने कई संकेतकों पर एक साथ विचार किया:
अध्ययन के दौरान यह एक महत्वपूर्ण बिंदु था क्योंकि केवल अवशिष्ट कमी से यह गारंटी नहीं मिलती कि इंजीनियरिंग मात्राएं एक स्थिर समाधान तक पहुंच गई हैं।.
सीएफडी परिणाम तभी सार्थक होता है जब संख्यात्मक अभिसरण और प्रवाह का भौतिक व्यवहार दोनों एक सुसंगत प्रवृत्ति दर्शाते हैं।.
चित्र 18. बल निगरानी सक्षम होने के साथ स्थिर-अवस्था समाधान का प्रारंभिक चरण।.
सिमुलेशन पूरा करने के बाद, मैंने गेज प्रेशर कंटूर, वेलोसिटी डिस्ट्रीब्यूशन, वेलोसिटी वेक्टर और मीन-फ्लो स्ट्रीमलाइन सहित कई विज़ुअलाइज़ेशन को मिलाकर परिणामों का विश्लेषण किया।.
किसी एक ग्राफ पर निर्भर रहने के बजाय, मैंने इन विभिन्न परिणामों का एक साथ उपयोग करके यह समझने की कोशिश की कि वायु प्रवाह बॉडीवर्क के साथ कैसे परस्पर क्रिया करता है।.
नाक के अगले हिस्से में एक स्पष्ट ठहराव क्षेत्र दिखाई दिया, जहाँ आने वाली हवा धीमी हो गई और उच्च दबाव वाला क्षेत्र बन गया। इस बिंदु से, प्रवाह बॉडीवर्क की ऊपरी, पार्श्व और निचली सतहों के चारों ओर अलग हो गया।.
जैसे-जैसे वायु प्रवाह घुमावदार सतहों का अनुसरण करता गया, कई क्षेत्रों में वेग बढ़ता गया, जिससे कम दबाव वाले क्षेत्र बन गए। दबाव में सबसे अधिक बदलाव नाक के आसपास और निचले अग्रभाग के संक्रमण क्षेत्रों में दिखाई दिए। स्ट्रीमलाइन और वेग-वेक्टर परिणामों से यह भी पता चला कि CATIA विश्लेषण के दौरान पहचानी गई सतह संक्रमणों ने वायु प्रवाह के व्यवहार को प्रभावित किया।.
आगे के अधिकांश भाग में प्रवाह का व्यवहार अपेक्षाकृत व्यवस्थित बना रहा, लेकिन अनुप्रवाह क्षेत्रों में अशांति, कम वेग वाले क्षेत्र और लहरों का निर्माण बढ़ता हुआ दिखाई दिया। डिज़ाइन के सबसे संवेदनशील क्षेत्र नाव का अगला भाग, निचला अगला कोना और पिछला संक्रमण क्षेत्र प्रतीत हुए।.
ये अवलोकन ज़ेबरा, पोर्क्यूपाइन और सतही वक्रता विश्लेषणों के दौरान पहचानी गई चिंताओं के अनुरूप थे। हालांकि, यह स्पष्ट करना महत्वपूर्ण है कि दिखाई देने वाली सतह की अनियमितता का मतलब यह नहीं है कि वायुगतिकीय प्रभाव मापने योग्य होगा।.
इन क्षेत्रों के वास्तविक प्रभाव को मापने के लिए, संशोधित ज्यामिति के साथ तुलना और मेश-स्वतंत्रता अध्ययन की आवश्यकता होगी।.
क्योंकि यह एक सरलीकृत बॉडीवर्क-ओनली सीएफडी मॉडल था, इसलिए मैंने इन परिणामों का उपयोग मुख्य रूप से प्रवाह व्यवहार और संभावित सुधार क्षेत्रों की पहचान करने के लिए किया।.
सिमुलेशन में निम्नलिखित शामिल नहीं थे:
इसलिए, इन परिणामों को फॉर्मूला स्टूडेंट वाहन का अंतिम वायुगतिकीय प्रदर्शन नहीं माना जाना चाहिए, बल्कि डिजाइन को समझने और सुधारने की दिशा में पहला कदम माना जाना चाहिए।.
चित्र 19. गेज दबाव
चित्र 20. वेग
चित्र 21. वेग सदिश
चित्र 22. गेज प्रेशर फ्रेम 2
इस कार्यप्रणाली को समझाना उतना आसान नहीं था जितना मैंने शुरू में सोचा था। इस परियोजना में दो अलग-अलग क्षेत्र शामिल थे: CATIA में सतह-गुणवत्ता मूल्यांकन और SIMULIAमें वायुगतिकीय विश्लेषण।.
इस लेख को तैयार करते समय, मुझे एहसास हुआ कि प्रत्येक चरण का दस्तावेजीकरण करने से मुझे अपने स्वयं के निर्णयों पर सवाल उठाने औरdellके प्रत्येक विकल्प के पीछे के तर्क को बेहतर ढंग से समझने के लिए भी मजबूर होना पड़ा।.
3DEXPERIENCE समुदाय साझा परियोजनाओं, तकनीकी चर्चाओं और विभिन्न इंजीनियरिंग दृष्टिकोणों के माध्यम से सीखने का एक महत्वपूर्ण स्रोत रहा है।.
मुझे उम्मीद है कि यह लेख उन अन्य छात्रों की भी मदद कर सकता है जो CATIA सरफेस एनालिसिस को SIMULIA CFD के साथ जोड़ना शुरू कर रहे हैं और एक संपूर्ण CAD-से-CFD वर्कफ़्लो के व्यावहारिक उदाहरण की तलाश में हैं।.