سبد خريد شما : 0 مورد
جمع : تماس بگیرید
سبد خريد شما خالي ميباشد !
محصول بروزرساني
صورتحساب کن

تماس : 09033062970 _ 09196451448

ما 624 مهمان و بدون عضو آنلاین داریم

آشنایی با دینامیک سیالات محاسباتی

آشنایی با دینامیک سیالات محاسباتی

دینامیک سیالات محاسباتی یا سی‌اِف‌دی ( انگلیسی: (Computational fluid dynamics (CFD) یکی از شاخه های مکانیک سیالات است که با استفاده از آنالیز عددی و الگوریتم های عددی، مسائل مشتمل بر شاره های سیالاتی را تجزیه و تحلیل می کند. از کامپیوترها برای شبیه سازی بر هم کنش مایعات و گازها با سطوح شرایط مرزی استفاده می شود. این شاخه از مکانیک سیالات، مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندی‌های نوین محاسباتی آن در نیمهٔ دوّم قرن بیستم و در سدهٔ جدید میلادی وصل می‌کند.

نتیجه تصویری برای ‪CFD‬‏

تاریخچه

سرگذشت پیدایش و گسترش دینامیک سیّالات محاسباتی را نمی‌توان جدای از تاریخ اختراع، رواج، و تکامل کامپیوترهای ارقامی 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 سیّالات محاسباتی 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.

در این کار ریچاردسون 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.

توضیحات

در این روش با تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره‌ای حاکم بر سیالات به معادلات جبری امکان حل عددی این معادلات فراهم می‌شود. با تقسیم ناحیه مورد نظر برای تحلیل به المان‌های کوچک‌تر و اعمال شرایط مرزی برای گره‌های مرزی با اعمال تقریب‌هایی یک دستگاه معادلات خطی بدست می‌آید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت، فشار و دما در ناحیة مورد نظر بدست می‌آید. با استفاده از نتایج بدست آمده از حل معادلات می‌توان برآیند نیروهای وارد بر سطوح، ضرایب برا و پسا و ضریب انتقال حرارت را محاسبه نمود.
در دینامیک سیالات محاسباتی از روشها و الگوریتمهای مختلفی جهت رسیدن به جواب بهره می‌برند، ولی در تمامی موارد، دامنه مسئله را به تعداد زیادی اجزاء کوچک تقسیم می‌کنند و برای هر یک از این اجزاء مسئله را حل می‌کنند. پس از رسم یک ۱۰۰ ضلعی منتظم مشاهده خواهیم نمود که شکل حاصل مشابه دایره است. با افزایش تعداد اضلاع این شباهت بیشتر خواهد شد. در حقیقت این پدیده در مبحث سی‌اِف‌دی نیز مفهوم خواهد داشت.
روش‌های عددی مورد استفاده در دینامیک سیالات محاسباتی(CFD)
روشهای گسسته سازی معادلات دیفرانسیل

    روش اجزاء محدود
    روش حجم محدود
    روش تفاضل محدود
    روش‌های طیفی

در میان این روش‌ها، روش حجم محدود کاربرد بیشتری به خصوص در مدل سازی جریان‌های تراکم ناپذیر دارد. بیشتر نرم‌افزارهای تجاری در زمینه دینامیک سیالات محاسباتی نیز بر مبنای این روش بسط و توسعه یافته‌اند.

مدل‌های آشفتگی

    شبیه‌سازی به روش میانگین‌گیری رینولدز معادلات ناویر- استوکس
    شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ
    شبیه‌سازی عددی مستقیم

کاربردها

اکنون روش دینامیک سیالات محاسباتی جای خود را در میان روش‌های آزمایشگاهی و تحلیلی برای تحلیل مسائل سیالات و انتقال حرارت باز کرده‌است و استفاده از این روش‌ها برای انجام تحلیل‌های 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 می‌شود. 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.

شبیه سازی گردابه های بزرگ :

شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (به انگلیسی: (Large Eddy Simulation (LES) یک روش شبیه‌سازی در دینامیک سیالات محاسباتی است. در این روش معادلات ناویه-استوکس برای مقیاس‌های بزرگ که حاوی انرژی هستند حل می‌شوند و اثر مقیاس‌های کوچک بر مقیاس‌های بزرگ مدل‌سازی می‌شود.از نظر هزینه این روش بین روش شبیه سازی عددی مستقیم و شبیه سازی به روش میانگین گیری رینولدز معادلات ناویر- استوکس قرار دارد. از آن جایی که در این روش مقیاس های بزرگ جریان که به طور مستقیم حل می شوند این روش بسیار دقیق تر از روش شبیه سازی به روش میانگین گیری رینولدز معادلات ناویر- استوکس است.

مراکز تحقیقاتی و آموزشی

علیرغم اینکه قدمت روش دینامیک سیالات محاسباتی در دنیا چندان زیاد نیست، این شاخه از علم در ایران و در سالهای اخیر، رشد بسیار خوبی داشته است. جای گرفتن این مبحث در قالب چندین واحد درسی در مقاطع کارشناسی ارشد، دکتری و حتی کارشناسی به خوبی بیانگر میزان توجه و آینده روشن آن در کشور است. علاوه بر دروس آکادمیک ارائه شده در دانشگاه‌ها، مراکز زیادی نیز به صورت حرفه‌ای و نیمه حرفه‌ای در این زمینه شروع به فعالیت کرده‌اند. این مراکز به دو دسته آموزشی (آموزش مبانی CFD، کدنویسی و برنامه نویسی، آموزش نرم‌افزارهای مرتبط) و تحقیقاتی (انجام پروژه‌های علمی و صنعتی، توسعه روشهای عددی در دینامیک سیالات و ...) تقسیم بندی می‌شوند. البته مراکز آموزشی مرتبط با این بخش معمولاً وابسته به دانشگاه‌ها بوده و در اشاعه این نوع تحلیل به مهندسین فارغ‌التحصیل کمک شایانی کرده و می‌کنند.

نرم‌افزارهای CFD

    comsol
    FLUENT
    FLO ++
    OPEN FOAM
    ANSYS CFX
    CFD ++
    FLOW-3D
    AVL Fire

نتیجه تصویری برای ‪CFD‬‏

جایزه داینامیک سیالات :

جایزه دینامیک سیالات (APS)، جایزه‌ای است که سالانه توسط انجمن فیزیک آمریکا (APS) به کسانی که «دستاورد برجسته در تحقیقات دینامیک سیالات» داشته باشند، اعطا می‌شود. اعطای این جایزه از سال ۱۹۷۹ مقرر شد و از سال ۲۰۰۷ مبلغ این جایزه ۱۰٬۰۰۰ دلار شد.در سال ۲۰۰۴، جایزه اتو لاپورت APS در دینامیک سیالات با جایزه دینامیک سیالات ادغام شدند.تاکنون دو ایرانی موفق به دریافت این جایزه شدند؛ پرویز معین در سال ۱۹۹۶ و مرتضی قریب، پژوهشگر مؤسسه فناوری کالیفرنیا و دانش‌آموختهٔ دانشگاه تهران، در سال ۲۰۱۵.

 

برندگان جایزه دینامیک سیالات

تا سال ۲۰۱۵، دو ایرانی موفق به دریافت این جایزه شدند؛ پرویز معین در سال ۱۹۹۶ و مرتضی قریب در سال ۲۰۱۵. افرادی که برنده این جایزه شدند:

    ۲۰۱۵ مرتضی قریب
    ۲۰۱۴ جنویو کامت-بلوت
    ۲۰۱۳ الین ساریک اران
    ۲۰۱۲ جان اف. بریدی
    ۲۰۱۱ تونی مکس‌واردی
    ۲۰۱۰ ادوارد جان هینچ
    ۲۰۰۹ استفن پاپ
    ۲۰۰۸ جولیو اتینو
    ۲۰۰۷ جانتن اهلرس
    ۲۰۰۶ توماس لاندگرن
    ۲۰۰۵ رونالد آدریان
    ۲۰۰۴ جرج همسی
    ۲۰۰۳ جری گلاب
    ۲۰۰۲ گری لیل
    ۲۰۰۱ هاوارد برنر
    ۲۰۰۰ فریدریچ هرمن باس
    ۱۹۹۹ دنیل دونالد جوزف
    ۱۹۹۸ فاضل حسین
    ۱۹۹۷ لوئیس نوربرگ هاوارد
    ۱۹۹۶ پرویز معین
    ۱۹۹۵ هری سوینی
    ۱۹۹۴ استفن دیویس
    ۱۹۹۳ تئودر ووو
    ۱۹۹۲ ویلیام سیرز
    ۱۹۹۱ آندریاس آکریوس
    ۱۹۹۰ جان لاملی
    ۱۹۸۹ ویلیام ویلمارت
    ۱۹۸۸ گالن چابیر
    ۱۹۸۷ اناتال راشکو
    ۱۹۸۶ روبرت توماس جونس
    ۱۹۸۵ چیا شان ییه
    ۱۹۸۴ جورج اف کرییر
    ۱۹۸۳ استنلی کورسین
    ۱۹۸۲ هاوارد ویلسون امونس
    ۱۹۸۱ فیلیپس کلبانف
    ۱۹۸۰ هانس ولفگنگ لیپمن
    ۱۹۷۹ چیا چیائو لین

 

داینامیک شاره ها یا داینامیک سیالات :

دینامیک شاره‌ها یا دینامیک سیالات، (به انگلیسی: Fluid dynamics) نام یکی از شاخه‌های بسیار پرکاربرد و وسیع مکانیک سیّالات است که حرکت شاره‌ها را مورد مطالعه قرار می‌دهد. دینامیک شاره‌ها خود دو شاخهٔ هیدرودینامیک (بررسی حرکت مایعات) و آیرودینامیک (بررسی حرکت هوا و گازهای دیگر) را شامل می‌شود. لئونارد اویلر و دانیل برنولی از پیشگامان این دانش بودند.مهم‌ترین کاربردهای دینامیک سیّالات در مهندسی شیمی، هواشناسی، مهندسی عمران، مهندسی پزشکی، مهندسی هوافضا، نجوم و ستاره‌شناسی، علوم دریایی، صنایع خودرو سازی، کشتی سازی، و موارد متعدد علمی و کاربردی دیگر است.

تاریخچه (اهمیت و غنای علمی)  :

از آنجا که دینامیک سیّالات پدیده‌های پیچیده‌ای همچون جریانهای آشفته، امواج شوک در سرعت‌های مافوق صوت، و سامانه‌های بی نظم را شامل می‌شود، بخش عمده‌ای از پیشرفتهای علمی در ریاضیّات کاربردی، و در فیزیک به خاطر تلاش در حل اینگونه مسایل حاصل شده‌است.

--

لطفا مطالب را توسط آیکن هایی که در پایین مطالب هست در شبکه های اجتماعی به اشتراک بگذارید و در معرفی وب سایت به علاقمندان فعالیت داشته باشید.

---

موفق باشید

منبع : اینترنت

 

امتیازدهی به این مطلب:
آشنایی با تصاویر اچ دی و تاریخچه آن
نورپردازی سراسری یا Global illumination

مطالب مرتبط :

 

نظرات

بدون نظر
مهمان
جمعه, 06 مرداد 1396

جدیدترین آموزش های ویژه