دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) چیست؟چگونه استفاده می شود؟مزایای آن چیست؟

دینامیک سیال محاسباتی (CFD) علم پیش بینی جریان سیال ، انتقال حرارت ، واکنشهای شیمیایی و پدیده های مرتبط با حل معادلات ریاضی حاکم بر این فرآیندها است.

CFD ، که گاهی اوقات به عنوان شبیه سازی جریان سیال نیز گفته می شود ، یک شبیه سازی رایانه ای عددی است که جریان سیال را در اطراف یا از طریق هر شیء امکان پذیر می کند ، بنابراین می توان تأثیر آن شی را با جزئیات مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

هنگام استفاده از این شبیه سازی در طول طراحی ، یک مهندس می تواند زودتر در مورد اینکه آیا محصول آنها با نیاز مشتری مطابقت دارد ، تأسیس کند.

صحت روشهای مدرن CFD به طور قابل توجهی سطح بینش طراحی در دسترس مهندسان را در طول فرآیند طراحی افزایش می دهد. استفاده از CFD به طور کلی به این معنی است که نمونه های اولیه فیزیکی کمتری باید در طول تولید محصول ساخته شوند و این بدان معنی است که آزمایش نمونه اولیه کمتر باید انجام شود. متعاقباً زمان به بازار و هزینه به بازار کاهش می یابد.

ریسک فنی و از دست دادن احتمالی سرمایه گذاری نیز هنگام تولید محصولات حرارتی و سیال مبتنی بر نرم افزار CFD بسیار کاهش می یابد.

مزایای CFD

• بینش در مورد سیستم هایی که ممکن است آزمایش از طریق آزمایش دشوار باشد ، کسب کنید.
• پیش بینی کرده و بر این اساس طرح را بهینه کنید. بدون تغییر یا نصب سیستم های واقعی ، شبیه سازی CFD می تواند پیش بینی کند که تغییر در طراحی برای بهبود عملکرد بسیار مهم است.
• پیش بینی سرعت جریان جرم ، افت فشار ، میزان انتقال حرارت و نیروهای پویا سیال مانند لحظات آسانسور ، کشیدن و گودال.
• هزینه های پایین تر با استفاده از شبیه سازی CFD به جای آزمایش فیزیکی برای بازیابی داده های مهندسی ضروری.
• داده های مهندسی را در اوایل فرآیند طراحی معرفی کنید. در مقایسه با آزمایش فیزیکی ، شبیه سازی ها را می توان در یک دوره بسیار کوتاه تر اجرا کرد.
• شرایط واقعی را شبیه سازی کنید. برخی از فرآیندهای انتقال جریان و گرما نمی توانند از نظر جسمی آزمایش شوند ، به عنوان مثالجریان Hypersonic. اما CFD توانایی شبیه سازی تئوری هر شرایط جسمی را فراهم می کند.
• شرایط ایده آل را شبیه سازی کنید. CFD امکان کنترل زیادی بر فرآیندهای فیزیکی را فراهم می کند و توانایی جداسازی پدیده های خاص را برای مطالعه فراهم می کند.
• داده ها را از تعداد زیادی از مکان ها بررسی کنید. آزمایش فیزیکی تعداد مکانهایی را که می توان در سیستم مورد بررسی قرار داد محدود می کند. CFD امکان بررسی تعداد زیادی از مکان ها در منطقه مورد علاقه را فراهم می کند و مجموعه ای جامع از پارامترهای جریان را برای معاینه به دست می آورد.

برنامه های CFD

دینامیک سیال محاسباتی برای قابلیت های مختلف تحلیلی می تواند در صنایع مختلف اعمال شود. برخی از صنایع اصلی که CFD یا شبیه سازی جریان سیال اغلب مورد استفاده قرار می گیرند ، عبارتند از:

• هوانوردی
• خودرو
• ساخت HVAC
• شیمیایی
• نیروگاه
• تولید
• مهندسی فرایند
• طراحی محصول + بهینه سازی
• صنعت نفت + گاز
• ماشین آلات توربو و غیره

محدودیت های CFD

• مدلهای فیزیکی

- CFD به مدلهای فیزیکی فرآیندهای دنیای واقعی متکی است.- راه حل های CFD فقط می تواند به اندازه مدل های فیزیکی دقیق باشد.

- حل معادلات روی یک دستگاه نیز خطاهای عددی را معرفی می کند ، به عنوان مثال-خطای دور (به دلیل اندازه کلمه محدود موجود در رایانه ، خطاهای دور همواره همیشه وجود خواهد داشت).- خطای کوتاه شدن (به دلیل تقریبی در مدلهای عددی).

دینامیک سیال محاسباتی چیست؟

دینامیک سیال محاسباتی (CFD) علم پیش بینی جریان سیال ، انتقال حرارت ، واکنشهای شیمیایی و پدیده های مرتبط با حل معادلات ریاضی حاکم بر این فرآیندها است.

CFD ، که گاهی اوقات به عنوان شبیه سازی جریان سیال نیز گفته می شود ، یک شبیه سازی رایانه ای عددی است که جریان سیال را در اطراف یا از طریق هر شیء امکان پذیر می کند ، بنابراین می توان تأثیر آن شی را با جزئیات مورد تجزیه و تحلیل قرار داد.

هنگام استفاده از این شبیه سازی در طول طراحی ، یک مهندس می تواند زودتر در مورد اینکه آیا محصول آنها با نیاز مشتری مطابقت دارد ، تأسیس کند.

صحت روشهای مدرن CFD به طور قابل توجهی سطح بینش طراحی در دسترس مهندسان را در طول فرآیند طراحی افزایش می دهد. استفاده از CFD به طور کلی به این معنی است که نمونه های اولیه فیزیکی کمتری باید در طول تولید محصول ساخته شوند و این بدان معنی است که آزمایش نمونه اولیه کمتر باید انجام شود. متعاقباً زمان به بازار و هزینه به بازار کاهش می یابد.

با توجه به قابلیت های نرم افزار CFD ، ریسک فنی و از بین رفتن احتمالی سرمایه گذاری هنگام تولید محصولات حرارتی و سیال ، به شدت کاهش می یابد.

مزایای CFD

• بینش در مورد سیستم هایی که ممکن است آزمایش از طریق آزمایش دشوار باشد ، کسب کنید.
• پیش بینی کرده و بر این اساس طرح را بهینه کنید. بدون تغییر یا نصب سیستم های واقعی ، شبیه سازی CFD می تواند پیش بینی کند که تغییر در طراحی برای بهبود عملکرد بسیار مهم است.
• پیش بینی سرعت جریان جرم ، افت فشار ، میزان انتقال حرارت و نیروهای پویا سیال مانند لحظات آسانسور ، کشیدن و گودال.
• هزینه های پایین تر با استفاده از شبیه سازی CFD به جای آزمایش فیزیکی برای بازیابی داده های مهندسی ضروری.
• داده های مهندسی را در اوایل فرآیند طراحی معرفی کنید. در مقایسه با آزمایش فیزیکی ، شبیه سازی ها را می توان در یک دوره بسیار کوتاه تر اجرا کرد.
• شرایط واقعی را شبیه سازی کنید. برخی از فرآیندهای انتقال جریان و گرما قابل آزمایش نیستند ، به عنوان مثالجریان Hypersonic. اما CFD توانایی شبیه سازی تئوری هر شرایط جسمی را فراهم می کند.
• شرایط ایده آل را شبیه سازی کنید. CFD امکان کنترل زیادی بر فرآیندهای فیزیکی را فراهم می کند و توانایی جداسازی پدیده های خاص را برای مطالعه فراهم می کند.
• داده ها را از تعداد زیادی از مکان ها بررسی کنید. آزمایش فیزیکی تعداد مکانهایی را که می توان در سیستم مورد بررسی قرار داد محدود می کند. CFD امکان بررسی تعداد زیادی از مکان ها در منطقه مورد علاقه را فراهم می کند و مجموعه ای جامع از پارامترهای جریان را برای معاینه به دست می آورد.

برنامه های CFD

دینامیک سیال محاسباتی برای قابلیت های مختلف تحلیلی می تواند در صنایع مختلف اعمال شود. برخی از صنایع اصلی که در آن شبیه سازی CFD اغلب استفاده می شود عبارتند از:

• هوانوردی
• خودرو
• ساخت HVAC
• شیمیایی
• نیروگاه
• تولید
• مهندسی فرایند
• طراحی محصول + بهینه سازی
• صنعت نفت + گاز
• ماشین آلات توربو و غیره

محدودیت های CFD

• مدلهای فیزیکی

- CFD به مدلهای فیزیکی فرآیندهای دنیای واقعی متکی است.- راه حل های CFD فقط می تواند به اندازه مدل های فیزیکی دقیق باشد.

- حل معادلات روی یک دستگاه نیز خطاهای عددی را معرفی می کند ، به عنوان مثال-خطای گرد (به دلیل اندازه کلمه محدود موجود در رایانه ، خطاهای دور همواره همیشه وجود خواهد داشت).- خطای کوتاه شدن (به دلیل تقریبی در مدلهای عددی).

1. (ژوئن 2017)."دینامیک سیالات محاسباتی و برنامه ها."برگرفته از http://crbtech. in/cad-cam-training/computational-fluid-dynamics-applications/
2. پاتل ، م. (ژانویه 2013)."دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) از مزایای برنامه های عملی استفاده می کند."برگرفته از http://www. hitechcfd. com/cfd-nynyledgebase/cfd-simulation-benefits-practical-applications. html