دینامیک سیالات محاسباتی

مقدمه

در اين بخش به بررسي تئوري هاي ديناميک سيالات محاسباتي[1] که  براي مدل سازي فرايند هاي فيزيکي مرتبط با تهويه و آتش سوزي درون تونل به کار مي روند , خواهيم پرداخت.(جزييات برخي از اين مدل هاي فيزيکي مرتبط با کد تجاري فلوئنت تشريح شده است)معادلات ديناميک سيالات محاسباتي و الگوريتم هاي عددي مورد نياز براي حل اين معادلات چند صد سال است که توسط دانشمندان ارايه شده است .اما تا چند دهه پيش هيچ برنامه کامپيوتري براي مدل سازي رفتار سيال وجود نداشت . با افزايش توان محاسباتي کامپيوتر ها , توسعه تئوري هاي ديناميک سيال و الگوريتم هاي محاسباتي ,زمينه مدل سازي رفتار سيالات گسترش يافت کاربرد ديناميک سيالات محاسباتي براي مدل سازي آتش سوزي درون تونل از سال 1983 شروع شد. البته اين مدل سازي ها بيشتر جنبه تئوري داشت و از سال 1992 اين مدل سازي ها به صورت سيستماتيک و امروزي توسعه يافت و نرم افزار هاي تجاري و صنعتي وارد بازار شد.

امتيازات ديناميک سيالات محاسباتي

ديناميک سيالات محاسباتي در مقايسه با روش هاي تجربي و آزمايشگاهي مزيت هايي به شرح زير دارد

:1واقعي بودن نتايج

 مدل نتايجي مشابه با نتايج واقعي ارايه مي دهد .

-انعطاف پذيري

 به محض اين که مدلي ساخته شد، مي توان ورودي ها را تغيير داد و دوباره مدل را اجرا کرد .بسياري از کد هاي ديناميک سيالات محاسباتي اجازه مدل سازي چندين پارامتر را به صورت هم زمان به کاربر مي دهند . از اين روش مي توان براي بهينه سازي نتايج حاصل از آهنگ تهويه و برخي از پارامتر هاي بحراني استفاده کرد.

-هزينه

 رو ش هاي عددي به تجهيزات , فضا و زمان کاري کمتري نياز دارند . فرآيند مدل سازي از زمان واقعي بسياري از جريان هاي سيال کمتر است. به عبارت ديگر ،زمان کلي محاسبات نسبت به انجام آزمون هاي آزمايشگاهي پايين است که اين امر هزينه انجام طرح را کاهش مي دهد. به طور، ساده تر هزينه مربوط به بازسازي , ايمني و سلامتي مرتبط با آزمايش هاي تجربي در روش هاي عددي وجود ندارد و از نظر هزينه اين روش به صرفه است.

-مقياس مدل

روش هاي ديناميک سيالات محاسباتي به مقياس بندي مصنوعي نياز ندارند در صورتي که در آزمايش هاي فيزيکي و تجربي اين امر ضرورت دارد.

تجزيه و تحليل

 براي کسب داده ها در آزمايش هاي تجربي نياز مند دستگاه هاي اندازه گيري ( سرعت, فشار سنج و دستگاه عکاسي مادون قرمز )هستيم. اين دستگاه ها هميشه اعتبار بالايي ندارد و محدوديت هايي براي انجام روش هاي آزمايشگاهي ايجاد مي کنند؛ در حالي که مدل ديناميک سيالات محاسباتي , شامل تمامي داده هاي لازم براي مطالعه رفتار پديده مورد نظر است .

بايد در نظر داشت که ديناميک سيالات محاسباتي را نمي توان جايگزين آزمايش هاي فيزيکي يا آناليز هاي تئوري کرد زيرا نتايج حاصل از مدل سازي عددي بدون اعتبار سنجي توسط داده هاي آزمايشگاهي بي معني است .

معادلات حاکم

معادلات حاکم بر جريان سيالات شامل معادلات زير است[33]:

·        معادلات پيوستگي

·        معادلات ممنتم

·        معادلات انرژي

بسياري از اين معادلات را مي توان با فرض المان حجم براي جريان سيال حل کرد  در اين روش حجم در فضا ثابت مي ماندو جريان سيال از ميان آن عبور مي کند که به آن سيستم اولرين گفته مي شود .

منبع: وبلاگ تهویه تونل (نویسنده : بهزاد نیکنام)