Dönen bir bileşen varsa çözüm yolu bellidir — dönen makineler notuna bakın. Bu not, dönmenin dışında kalan hareketler içindir: açılan bir valf, inip çıkan bir piston, katlanan bir kanat, serbest hareket eden bir cisim. Buradaki asıl soru, hareketin ağa ne yaptığıdır.
Üç yaklaşım
Ağ deformasyonu (yaylı/yayılmalı). Düğümler hareketle birlikte kayar, topoloji değişmez. Hareket küçük ve düzgünse en ucuz yoldur. Sınırı bellidir: hücreler gerildikçe kalite düşer, çarpıklık artar ve çözüm bozulur. Hareket, karakteristik hücre boyunun birkaç katını aşıyorsa tek başına yetmez.
Yeniden ağ örme (remeshing). Kalitesi bozulan hücreler koşu sırasında yeniden üretilir. Büyük hareketleri kaldırır ama her yeniden örmede alan yeni ağa aktarılır ve bu aktarım sayısal yayılma üretir. Sık yeniden örülen bir çözümde korunum hatası birikir; kütle dengesini koşu boyunca izlemek şarttır.
Örtüşen ağ (overset / chimera). Hareketli bileşen kendi ağıyla gelir ve arka plandaki ağın üzerinde yüzer; ikisi arasında ara değerleme yapılır. Büyük ve karmaşık hareketlerde — ayrılan bir parça, birbirine yaklaşan iki cisim — deformasyonun ve yeniden örmenin yapamadığını yapar. Bedeli, ara değerleme bölgesinde her iki ağın da yeterince sık olması ve korunumun kendiliğinden garanti olmamasıdır.
Kapanan aralık problemi
Bir valf tam kapanmaya yaklaştığında ya da iki yüzey temas ettiğinde aradaki hacim sıfıra gider. Hiçbir ağ bunu çözemez: hücre boyu sıfıra giderken zaman adımı da sıfıra gitmek zorunda kalır.
Pratik çözüm, küçük bir artık aralık bırakmaktır — tipik olarak kursun binde biri mertebesinde. Bu bir kabuldür ve sızıntı debisini doğrudan etkiler; değeri raporda yazılmalı, mümkünse iki farklı aralıkla koşulup sonucun ne kadar değiştiği gösterilmelidir.
Zaman adımı hareketin kendisinden çıkar
Akışkan için hesapladığınız Courant sayısı burada yetmez. İkinci bir koşul daha vardır: bir zaman adımında sınır, bir hücreden fazla yol almamalıdır. Hızlı kapanan bir valfte belirleyici olan genellikle budur, akış değil.
Serbest hareket ediyorsa çift yönlü bağ gerekir
Cismin hareketi önceden biliniyorsa (piston kursu, valf profili) hareket dayatılır ve problem tek yönlüdür. Ama cisim akışın kuvvetiyle hareket ediyorsa — çek valf klapesi, ayrılan bir parça, salınan bir kanat — akış kuvveti hesaplayacak, kuvvet hareketi belirleyecek, hareket akışı değiştirecektir. Bu bağın her zaman adımında iç iterasyonla kapatılması gerekir; kapatılmazsa çözüm ya kayar ya da sayısal olarak patlar.
Kaynaklar
- Ferziger, J. H., Perić, M. & Street, R. L. (2020). Computational Methods for Fluid Dynamics, 4th ed. Springer. DOI: 10.1007/978-3-319-99693-6
- International Towing Tank Conference. ITTC Recommended Procedures and Guidelines 7.5-03-02-03: Practical Guidelines for Ship CFD Applications. ITTC.