תנאי גבול בדינמיקה של זורמים

בדינמיקה חישובית של זורמים , (Computational fluid dynamics CFD), תנאי הגבול הם חלק עיקרי בהגדרה ופתרון בעיה. על המשתמש להגדיר את תנאי הגבול בצורה נכונה, חכמה ויעילה תוך היכרות והבנה של תפקידם באלגוריתם הנומרי.

תנאי שפה שאינם מוגדרים היטב, עלולים להוביל לפתרון שגוי והגדלה של הזמן לפתירת הבעיה. בעיות בלתי תמידיות דורשות בנוסף גם "תנאים התחלתיים" המגדירים את הערכים התחלתיים של הזרימה.

 תנאי גבול בכניסה 
ממוזער|מהירות כניסה בזרימה פנימה בצינור|200px
בתנאי שפה בכניסה, צריך להגדיר את הפילוג של כל המשתנים במהירות הראשית.
משתמשים בתנאי שפה מהסוג הזה בעיקר כאשר המהירות בכניסה ידועה.

 תנאי גבול ביציאה 
ממוזער|מהירות כניסה בזרימה החוצה מצינור|200px
בתנאי גבול ביציאה, הפילוג של כל משתני הזרימה צריך להיות מוגדר ביציאה במהירות הראשית.

משתמשים בתנאי שפה מהסוג הזה בעיקר כאשר המהירות בכניסה ידועה. הזרימה מפותחת כאשר אין שינוי בכיוון הזרימה כאשר היציאה נבחרת רחוקה מספיק מההפרעות הגאומטריות.

באזור כזה, הגרדיאנט של כל המשתנים שווה לאפס בכיוון הזרימה חוץ מהלחץ.

 תנאי שפה 
ממוזער|תנאי שפה על קיר|200px
בבעיות של זרימה מוקפת קירות נדרוש כתנאי גבול אי החלקה ואי חדירה עבור רכיבי מהירות על הקיר.

הרכיב הנורמלי מוגדר כאפס ואילו הרכיב המשיקי מוגדר כמהירות של הקיר.

ניתן להגדיר מעבר חום דרך הקיר. אם הקירות נחשבים אדיאבטיים כך שמעבר חום על פני הקיר מוגדר כאפס.

 תנאי גבול לחץ תמידי 
ממוזער|תנאי גבול של לחץ תמידי|200px
משתמשים בתנאי גבול מסוג זה כאשר ערכי גבול של לחץ ידועים והפרטים של פילוג הזרימה אינם ידועים .

זה כולל לחץ בכניסה וביציאה בעיקר.

דוגמאות אופייניות משתמשות בתנאי גבול זה וכוללים זרמי ציפה, זרימה פנימית עם מספר יציאות, זרימה חופשית וזרימה חיצונית סביב אובייקטי.

דוגמה יכולה להיות זרימה היוצאת לאטמוספירה שבה לחץ הוא אטמוספירי.

 תנאי גבול אקסיסימטרי 
ממוזער|תנאי גבול אקסיסימטרי|200px
במצב גבול זה, המודל הוא אקסיסימטרי לאורך הציר המרכזי, כך שכל התהליך הפיזי עבור R (מרחק מציר הסימטריה) ועבור כל θ (זווית הטיה) ובכל חתך-Z, משתני זרימה בעלי אותו ערך ופילוג.

דוגמה לכך היא הזרימה אקסיסימטרית לאורך ציר מרכזי של צינור.

 תנאי גבול סימטריים 
ממוזער|תנאי גבול סימטרי|200px
במצב גבול זה, הנחה הוא כי בשני הצדדים של הגבול, קיימים אותם תהליכים פיזיים.

כל המשתנים באותו מרחק מהגבול בעלי אותו ערך וגרדיאנט.

תנאים בגבול סימטרי הם -
אין זרימה דרך הגבול
אין שטף סקלר דרך הגבול

דוגמה לכך היא זרימה בצינור עם מכשול סימטרי בזרימה.

מכשול מחלק הזרימה העליונה והזרימה התחתונה לתמונת ראי.

 תנאי גבול תקופתיים או מחזוריים 
ממוזער|A quarter showing cyclic boundary condition|200px
תנאי גבול תקופתיים או מחזוריים נובעים מסוג שונה של סימטריה בבעיה בשונה מזו המתקבלת מתנאי גבול סימטריים.
דוגמה לכך תהיה זרימה בשבשבת, שבה האזור המסומן חוזר על עצמו ארבע פעמים בקואורדינטות r-תטא .
האזורים המחזוריים-סימטריים צריכים להיות בעל אותם משתני זרימה ופילוג וצריכים למלא את התנאי עבור כל חתך Z.

 ראו גם 
 תנאי שפה

 קישורים חיצוניים 

 מכניקת זורמית חישובית, בוויקיפדיה האנגלית
 מכניקת זורמית ניסויית, בוויקיפדיה האנגלית
 בעיית תנאי התחלה, בוויקיפדיה האנגלית

קטגוריה:הידרודינמיקה
קטגוריה:מכניקת הזורמים