CFD یا دینامیک سیالات محاسباتی

نرم افزار CFD

یکی از ساده ترین و بهترین روش ها برای تحلیل مسائل سیالات در مهندسی و شبیه سازی، استفاده از نرم افزار CFD است. این نرم افزار که با نام دینامیک سیالات محاسباتی نیز شناخته میشود، انتخابی هوشمندانه برای انجام پروژه CFD به شمار می رود.

در دنیایی که ما زندگی می کنیم، پدیده های مختلفی در حال وقوع است. پدیده های متنوعی که هر کدام مختص به شاخه ای از علوم مهندسی است. برخی از این پدیده ها مربوط به انتقال حرارت هستند، برخی دیگر به نیروهای حاصل از سیالات و جریان سیال مربوط می شوند.

مهمترین نقطه تشابه در تمام پدیده های یاد شده، حوزه آنها است که مربوط به مکانیک و مهندسی مکانیک سیالات هستند. از این رو تمام مهندسانی که در این رشته تحصیل می کنند، برای انجام پروژه CFD نیاز به این نرم افزار خواهند داشت.

البته مهندسان از نرم افزارهای مختلف دیگری نیز برای انجام این نمونه از پروژه ها استفاده می کنند. از جمله پروژه CFD با متلب، پروژه CFD با فلوئنت، پروژه CFD فرتون و … . به طور کلی باید بگوییم هر مهندسی که از این زبان برنامه نویسی برای پروژه های خود استفاده می کند، در اصل یک آزمایشگاه پیشرفته بر روی سیستم لپ تاپ خود نصب کرده است.

کاربرد زبان برنامه نویسی پروژه های CFD

هر نرم افزار مهندسی که برای انجام پروژه های خاص استفاده می شود، دارای کاربردهای مختلفی است. نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی نیز همچون دیگر نرم افزارها دارای کاربرد هایی است که به برخی از آنها اشاره می کنیم.

مهندسانی که در زمینه پروژه های هیدرودینامیک کشتی ها مشغول به فعالیت هستند، از پروژه CFD استفاده می کنند. از سوی دیگر دانشجویان مهندسی دریا برای محاسبه بارهای روی ساختمان ساحلی، مهندسی محیط زیست برای محاسبه جریان های گذرا و توزیع آلودگی، مهندسی برق و الکترونیک برای محاسبه خنک کاری دستگاه هایی که دارای مدارهای ریز هستند و … نیز از نرم افزار CFD استفاده می کنند.

علاوه بر این موارد با انجام پروژه CFD می تواند اقدام به پیش بینی هوا، جریان خون عبوری از سیاهرگ ها و سرخرگ ها، جریان های درون رودخانه ها و اقیانوس ها، بارگذاری باد و گرمایش، شکل گیری پلیمر، جداسازی و اختلاط فرایند های شیمیایی و … نیز نمود.

تمامی این کاربردهای بیان شده تنها با استفاده از نرم افزار برنامه نویسی دینامیک سیالات محاسباتی میسر است. پس لازم است هر مهندسی در هر زمینه ای که نیاز به استفاده از این نرم افزار دارد، دوره های آموزشی کار و انجام پروژه CFD را سپری نماید.

البته برخی از مهندسان نیز با دانلود پروژه CFD تمامی جزئیات استفاده از این زبان برنامه نویسی را به صورت خودآموز فرا می گیرند. این روش علاوه بر اینکه هزینه های آموزشی را از آنها می کاهد، منجر می شود تا در زمان بیشتری آموزش های لازم برای استفاده از این نرم افزار را به دست آورند.

یادگیری مراحل کار با برنامه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)

اولین قدم برای انجام پروژه درس CFD، یادگیری مراحل کار با این برنامه است. زمانی که با تمام مراحل کار نرم افزار آشنا نشوید، نمی توانید از این نرم افزار برنامه نویسی به خوبی استفاده کنید. این مراحل را می توانیم به ترتیب چنین بیان نماییم.

• تعریف مبحث هندسه
• تولید شبکه بندی
• جریان ناپایدار- پایدار
• جریان آشفته- آرام
• جریان سه بعدی و دو بعدی
• جریان چند فازی- تک فازی
• تراکم ناپذیر- تراکم پذیر
• انتقال حرارت
• خواص مواد
• شرایط مرزی
•  و در انتها حل کننده

زمانی که تمامی این مراحل CFD را به خوبی فرا گرفتید، می توانید از این نرم افزار برای طراحی پروژه های مختلف با نرم افزارهای گوناگون استفاده کنید. البته برای این که با نحوه کار این زبان برنامه نویسی آشنا شوید، بهتر است ابتدا یک نمونه پروژه CFD را از سایت دانلود یا خریداری نموده، و آن را با دقت تماشا کنید.

اگر با نرم افزار قدیمی و پر کاربرد متلب اشنا هستید، می توانید از این زبان در آن نرم افزار استفاده کنید. مهندسان مکانیک برای این که کار با نرم افزار متلب را به سادگی می دانند، اصولا برای انجام پروژه CFD با متلب، به مشکل خاصی بر نمی خورند.

اما مهندسان دیگری نیز هستند که از نرم افزارهای برنامه نویسی جدیدتر استفاده می کنند. که ممکن است در تهیه پروژه های خود با سختی و مشکلی مواجه شوند. از این رو بهتر است دوره های آموزشی کار با این زبان را سپری کنند.

الگوریتم های عددی مورد استفاده در CFD چه مراحلی دارد؟

می دانیم که در زبان های برنامه نویسی از الگوریتم های عددی بسیاری استفاده می شود. اما این الگوریتم ها دارای مراحل مختلفی هستند. در مرحله اول باید از تمامی معادلات حاکم که بر روی جریان سیال قرار دارند، انتگرال گیری صورت پذیرد.

این معادلات مربوط به میدان حل بوده و بر روی تمام حجم های کنترل وجود دارند. در مرحله دوم استفاده از الگوریتم ها در CFD باید اقدام به گسسته سازی نمود. در اصل این مرحله شامل ایگذاری نوعی از تقریب های اختلاف محدود می باشد که برای عبارت های داخل معادله انتگرالی کاربرد دارد.

با گسسته سازی می توان فرایند های جریان همچون چشمه ها، نفوذ و جابه جایی را نشان داد. به طور کلی انجام این عمل در CFD باعث می شود که تمامی معادلات انتگرالی به یک سیستم معادلات جبری تبدیل شود. در انتها نیز با استفاده از یک روش تکراری می توان اقدام به حل تمامی معادلات جبری به دست آمده نمود.

افرادی که علاوه مند به انجام پروژه در مورد CFD هستند، باید بدانند که ساختار این زبان برنامه نویسی در اصل از روش عددی تبعیت می کند. پس تنها می توان با استفاده از این نرم افزار اقدام به حل کردن تمامی مسائل جریان سیال در مهندسی مکانیک سیالات نمود.

نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی را بهتر است بهترین نرم افزاری بیان نماییم، که قادر است تحلیل های سیستمی شامل جریان سیال، پدیده هایی نظیر واکنش های شیمیایی، انتقال حرارت و … را به خوبی بر روی سیستم های کامپیوتری و لپ تاپ شبیه سازی نماید. این روش عالی و توانا در طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی و غیر صنعتی استفاده می شود.