پردیس فناوری کیش-طرح مشاورین متخصصین صنعت و مدیریت-گروه مکانیک
مقدمه
روش دینامیک محاسباتی سیالات (CFD) جای خود را در میان روش های تحلیلی و آزمایشگاهی برای تحلیل مسایل سیالات و انتقال حرارت باز کرده است و استفاده از این روش ها برای انجام تحلیل های مهندسی امری عادی شده است.دینامیک سیالات محاسباتی یکی از بزرگترین زمینه هایی است که مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندی های نوین محاسباتی آن در نیمه دوم قرن بیستم و در سده جدید میلادی وصل می کند.
CFD چیست؟
دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) عبارت است از تحلیل سیستم های شامل جریان سیال ،انتقال حرارت و پدیده های همراه نظیر واکنش های شیمیایی ،براساس شبیه سازی کامپیوتری است . CFD روش بسیار توانایی می باشد،به طوری که طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی و غیر صنعتی را در بر می گیرد.
کاربرد های CDF
- آیرودینامیک هواپیما و وسایل نقلیه : برا و پسا
- هیدرودینامیک کشتی ها
- نیروگاه: احتراق در موتورهای IC و توربین های گاز
- توربو ماشین: جریان داخل گذرگاه های دوار،پخش کننده ها و غیره .
- مهندسی برق و الکترونیک : خنک کاری دستگاه هایی که دارای مدار های ریز می باشند.
- مهندسی فرآیند شیمیایی : اختلاط ، جداسازی ، شکل گیری پلیمر
- محیط خارجی و داخلی ساختمان ها : بار گذاری ها باد و گرمایش/تهویه
- مهندسی دریا: بارهای روی ساختمان های ساحلی
- مهندسی محیط زیست: توزیع آلودگی و جریان های گذرا
- آب شناسی و اقیانوس: جریان های درون رودخانه ، خورها(خلیج) واقیانوس ها
- هواشناسی : پیش بینی آب و هوا
- مهندسی پزشکی:جریان خون عبوری از سرخرگ ها و سیاه رگ ها
یک برنامه CFD چگونه کار می کنند؟
ساختار برنامه های CFD روش عددی است، به طور که مسایل جریان سیال با استفاده از این روش قابل حل می باشند . به منظور فراهم آمدن دسترسی آسان به توان حل آن ها ،تمام بسته های نرم افزاری تجاری CFD شامل واسطه های کاربردی پیچیده ای جهت ورود پارامتر های مسایل و تحلیل نتایج می باشند. از این رو تمام برنامه ها شامل سه جز اصلی می باشند:
- پیش پردازنده
- حل کننده
- پس پردازنده
الگوریتم های عددی مورد استفاده در CFD شامل مراحل زیر می باشند:
- انتگرالگیری از معادلات حاکم بر جریان سیال روی تمام حجم های کنترل مربوط به میدان حل
- گسسته سازی:شامل ایگذاری نوعی ازتقریب های اختلاف محدود برای عبارت های داخل معادله انتگرالی می باشد، که فرآیندهای جریان مثل جابه جایی ، نفوذ و چشمه ها را نشان می دهد .این عمل معادلات انتگرالی را به یک سیستم معادلات جبری تبدیل می کند.
- حل معادلات جبری با استفاده از یک روش تکرار
مراحل کاری برنامه های CFD
- تعریف هندسه
- تولید شکه بندی
- جریان پایدار – ناپایدار
- جریان آرام- آشفته
- جریان دو بعدی یاسه بعدی
- جریان تک فازی- چند فازی
- تراکم پذیر- تراکم ناپذیر
- انتقال حرارت
- خواص مواد
- شرایط مرزی
- حل کننده