دینامیک محاسباتی سیالات

[كهربا]

دینامیک محاسباتی سیالات

دینامیک محاسباتی سیّالات یا سی‌اِف‌دی ((Computational fluid dynamics (CFD) یکی از بزرگ‌ترین زمینه‌هایی‌ست که مکانیک قدیم (مکانیک کلاسیک (classical mechanics)) را به علوم رایانه و توانمندی‌های نوین محاسباتی آن در نیمهٔ دوّم قرن بیستم و در سدهٔ جدید میلادی وصل می‌کند​

تاریخچه

سرگذشت پیدایش و گسترش دینامیک محاسباتی سیّالات را نمی‌توان جدای از تاریخ اختراع، رواج، و تکامل کامپیوتر‌های دیجیتال نقل کرد. تا حدود انتهای جنگ جهانی دوٌم، بیشتر شیوه‌های مربوط به حلّ مسائل دینامیک سیالات از طبیعتی تحلیلی یا تجربی برخوردار بود. همچون تمامی نوآوری‌های برجستهٔ علمی، در این مورد هم اشاره به زمان دقیق آغاز دینامیک محاسباتی سیّالات نامیسر است. در اغلب موارد، نخستین کار بااهمیت در این رشته را به ریچاردسون نسبت می‌دهند، که در سال ۱۹۱۰ (میلادی) محاسبات مربوط به نحوهٔ پخش تنش (stress distribution) در یک سد ساخته‌شده از مصالح بنّایی را به انجام رسانید. ​

ریچاردسون در این کار از روشی تازه موسوم به رهاسازی (relaxation) برای حلّ معادلهٔ لاپلاس استفاده نمود. او در این شیوهٔ حلّ عددی، داده‌های فراهم‌آمده از مرحلهٔ پیشین تکرار (iteration) را برای تازه‌سازی تمامی مقادیر مجهول در گام جدید به کار می‌گرفت. ​

توضيحات

در اين روش با تبديل معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر سيالات به معادلات جبری امکان حل عددی اين معادلات فراهم می‌شود. با تقسيم ناحيه مورد نظر برای تحليل به المان‌های کوچکتر و اعمال شرايط مرزی برای گره‌های مرزی با اعمال تقريب‌هايي يک دستگاه معادلات خطی بدست می‌آيد که با حل اين دستگاه معادلات جبری، ميدان سرعت، فشار و دما در ناحية مورد نظر بدست می‌آيد با استفاده از نتايج بدست آمده از حل معادلات می‌توان برآيند نيروهای وارد بر سطوح، ضرايب برا و پسا و ضريب انتقال حرارت را محاسبه نمود. در ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) از روشها و الگوريتمهاي مختلفي جهت رسيدن به جواب بهره ميبرند، ولي در تمامي موارد، دامنه مساله را به تعداد زيادي اجزاء كوچك تقسيم مي كنند و براي هر يك از اين اجزاء مساله را حل ميكنند. پس از رسم يك 100 ضلعي منتظم مشاهده خواهيم نمود كه شكل حاصل مشابه دايره است. با افزايش تعداد اضلاع اين شباهت بيشتر خواهد شد. در حقيقت اين پديده در مبحث CFD نيز مفهوم خواهد داشت. ​

شاخه های اصلی CFD

• روش المان محدود يا Finite Element Method يا FEM
• روش حجم محدود، Finite Volume Method يا FVM
• روش تفاضلات محدود، Finite Difference Method يا FDM

کاربرد ها

اکنون روش ديناميک سيالات محاسباتی جای خود را در ميان روش‌های آزمايشگاهی و تحليلی برای تحليل مسائل سيالات و انتقال حرارت باز کرده‌است و استفاده از اين روش‌ها برای انجام تحليل‌های مهندسی امری عادی شده‌است. دینامیک سیالات محاسباتی بصورت گسترده در زمینه‌های مختلف صنعتی مرتبط با سیالات، انتقال حرارت و انتقال مواد به کمک سیال بکار گرفته می شود. از جمله این موارد می‌توان به صنایع خودروسازی، صنایع هوافضا، توربوماشین‌ها، صنایع هسته‌ای، صنایع نظامی، صنایع نفت و گاز و انرژی و بسیاری موارد گسترده صنعتی دیگر اشاره نمود که دانش دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان گره گشای مسائل صنعتی مرتبط تبدیل شده است. ​

​

بهترين عكس ها در شهر عكس ها
www.deskcity.blogfa.com ​