İTÜDERGİSİ/d, Cilt 9, Sayı 5 (2010)

Yazı Büyüklüğü:  Küçük  Orta  Büyük

DSMC molekül hücre bilgisi için genelleştirilmiş koordinat kullanılması

Nevsan ŞENGİL, Fırat Oğuz EDİS

Özet


Doğrudan Benzetim Monte Carlo (DSMC) seyreltik ve mikro boyutlu gaz akışlarını çözümlemek için kullanılan molekül esaslı bir yöntemdir. DSMC hesaplama süresi olarak pahalı bir yöntem olduğundan genelde Euler ve Navier-Stokes gibi geleneksel sürekli ortam denklemlerinin kullanılmasının uygun olmadığı durumlarda kullanılmaktadır. Ortamın geleneksel sürekli ortam denklemlerine uygun olup olmadığına ise boyutsuz Knudsen sayısına  bakılarak karar verilmektedir. Knudsen sayısı yükseldikçe önce sınırlarda hız kayması ve sıcaklık atlaması oluşur. Takiben ısı akı vektörünün sıcaklık gradyeni, gerilme tensörünün ise gaz akış hız gradyeni ile olan doğrusal ilişkisi sona erer. Bu şartlar oluştuğunda hesaplamalar için deneylere uygun sonuçlar veren DSMC yöntemine ihtiyaç duyulmaktadır. DSMC yönteminde DSMC molekülleri her bir zaman adımında sahip oldukları hız nedeni ile konum değiştirirler. Bu konum değişikliği nedeni ile içinde yer aldıkları hücrelerde değişebilmektedirler. DSMC molekül çarpışmaları ve makro değer hesaplamaları hücre temelinde modellendiğinden her zaman adımı sonunda DSMC moleküllerinin yeniden konuşlandıkları hücrelere ait bilgilerin güncellenmesine ihtiyaç vardır. Geleneksel DSMC yönteminde moleküller hücreden hücreye takip edilerek son gittikleri hücre bilgisine ulaşılır. Eğer gaz akış bölgesi dikdörtgen bir geometriye dönüştürülebilir ise DSMC molekülünün gittiği son hücre yapısal ağ bilgisinden yararlanılarak basit bir aritmetik işlem ile bulunabilmektedir. Bu çalışmada DSMC hesaplama verimliliğini arttırmak için mikro ölçekli yakınsak-ıraksak bir soğuk gaz lülesi için koordinat dönüşümü ile kare şeklinde bir hesaplama bölgesi oluşturulmuş ve hücre bilgisi hesaplama süresi kısaltılmıştır. İlaveten her zaman adımı sonunda moleküllerin yeniden hücre numarasına göre sıraya dizilmesi işlemine olan ihtiyaca yeni bir yaklaşımla son verilmiştir.

 

Anahtar Kelimeler: DSMC, mikro gaz akışları, mikro-lüle, genelleştirilmiş koordinatlar.


Tam Metin: PDF