تاریخچه مختصری از CFD

در دوران باستان ، متفکران بزرگ یونانی مانند هراکلیتوس فرض می کردند که "همه چیز جریان دارد" اما او به این فکر فلسفی بود و نه به روشی قابل تشخیص علمی. با این حال ، Archimedes زمینه های مکانیک استاتیک ، هیدرواستاتیک را آغاز کرد و نحوه اندازه گیری تراکم و حجم اشیاء را تعیین کرد. تمرکز در آن زمان بر روی آبشارها بود: قنات ها ، کانال ها ، بندرها و حمام ها ، که رومیان باستان به یک علم کامل می کردند.

تا زمان رنسانس نگذشته بود که این ایده ها دوباره در جنوب اروپا دوباره ظاهر شدند ، وقتی که ما می بینیم که مهندسان بزرگی مانند لئوناردو داوینچی شروع به بررسی دنیای طبیعی مایعات کرده و دوباره با جزئیات جریان پیدا می کنند. وی پدیده های طبیعی را در دنیای مرئی مشاهده کرد و شکل و ساختار آنها را به رسمیت شناخت و آنها را دقیقاً همانطور که در تصویر توصیف کرد ، توصیف کرد. او برنامه ریزی و نظارت کانال و بندر را بر روی بخش بزرگی از ایتالیا میانه کار کرد. مشارکت وی در مکانیک سیالات در یک رساله نه قسمت (Del Moto e Misura dell'acqua) ارائه شده است که سطوح آب ، حرکت آب ، امواج آب ، لبه ها ، آب در حال ریزش ، جت های آزاد ، تداخل امواج و بسیاری دیگر را مشاهده می کند. پدیده ها

لئوناردو در اواخر قرن 17 توسط اسحاق نیوتن در انگلیس دنبال شد. نیوتن سعی کرد پدیده های جریان سیال را از طریق معادلات فیزیکی ابتدایی خود نیوتنی کمیت و پیش بینی کند. مشارکت وی در مکانیک سیال شامل قانون دوم وی است: F = M. A ، مفهوم ویسکوزیته نیوتنی که در آن استرس و میزان کرنش به صورت خطی متفاوت است ، اصل متقابل: نیرویی که بر روی یک شیء ثابت توسط یک مایع متحرک اعمال می شود با تغییردر حرکت مایعات در حالی که در قسمت جلوی جسم و رابطه بین سرعت امواج در یک سطح مایع و طول موج آنها قرار می گیرد.

در قرن 18 و 19 ، کار مهمی در تلاش برای توصیف ریاضی حرکت مایعات انجام شد. دانیل برنولی (1700-1782) معادله معروف برنولی را به دست آورد ، و لئونارد اویلر (1707-1783) معادلات اویلر را پیشنهاد کرد ، که توصیف حفاظت از حرکت برای یک مایع بی نظیر و حفاظت از توده است. او همچنین نظریه پتانسیل سرعت را پیشنهاد کرد. دو همکاری بسیار مهم دیگر در زمینه جریان سیال در این زمان پدیدار شد. این فرانسوی ، کلود لوئیز ماری هنری ناویر (1836-1785) و ایرلندی ، جورج گابریل استوکس (1903-1819) که حمل و نقل چسبناک را به معادلات اویلر معرفی کردند ، که منجر به معادله مشهور Navier-Stokes شد. این اشکال معادلات ریاضی دیفرانسیل که تقریباً 200 سال پیش پیشنهاد کرده اند ، اساس صنعت دینامیک سیال محاسباتی مدرن (CFD) است و آنها شامل عباراتی برای حفاظت از جرم ، حرکت ، فشار ، گونه ها و تلاطم هستند. در واقع ، معادلات آنقدر از نزدیک همراه هستند و حل آن دشوار است که تا زمان ظهور رایانه های دیجیتالی مدرن در دهه 1960 و 1970 انجام نشده است که می توان آنها را برای مشکلات جریان واقعی در بازه های زمانی معقول برطرف کرد. سایر چهره های کلیدی که تئوری های مربوط به جریان سیال را در قرن نوزدهم ایجاد کرده اند ، ژان لو رند دبلیبر ، سیمون-دنیس پواسون ، جوزف لوئیز لاگرانژ ، ژان لوئیس ماری پویزویل ، جان ویلیام ریلی ، م. موریس کووت ، آزبورن رینولدز و پیر بود. سیمون د لاپلاس.

در اوایل قرن بیستم ، کارهای زیادی در مورد پالایش نظریه های لایه های مرزی و تلاطم در جریان سیال انجام شد. Ludwig Prandtl (1953-1875) یک تئوری لایه مرزی ، مفهوم طول مخلوط ، جریان های قابل فشرده سازی ، شماره Prandtl و موارد دیگر را پیشنهاد داد که امروز ما آن را به عنوان اعطا می کنیم. تئودور فون کارمان (1963-1981) آنچه را که اکنون به عنوان خیابان فون کارمان گرداب شناخته می شود ، تجزیه و تحلیل کرد. جفری اینگرام تیلور (1975-1986) یک تئوری آماری از تلاطم و میکروسکوپ تیلور ارائه داد. آندری نیکولاویچ کلموگوروف (1903-1987) مفهوم مقیاس Kolmogorov و طیف انرژی جهانی را برای تلاطم معرفی کرد و جورج کیت باتچلور (1920-2000) در تئوری آشفتگی همگن کمک کرد.

این قابل بحث است که چه کسی اولین محاسبات CFD را انجام داده است (به معنای مدرن) اگرچه لوئیس فرای ریچاردسون در انگلیس (1881-1953) اولین سیستم پیش بینی آب و هوا عددی را ایجاد کرد که او فضای فیزیکی را به سلولهای شبکه تقسیم کرد و از تقریب تفاوت محدود استفاده کرد"معادلات دیفرانسیل بدوی" Bjerknes. تلاش خودش برای محاسبه آب و هوا برای یک دوره هشت ساعته تنها شش هفته از زمان واقعی طول کشید و به شکست پایان داد! الزامات محاسبه عظیم مدل وی باعث شد تا ریچاردسون راه حلی را که وی "پیش بینی فاکتور" نامید ، پیشنهاد کند."کارخانه" شامل پر کردن یک استادیوم وسیع با 64000 نفر بود. هر یک ، مسلح با ماشین حساب مکانیکی ، بخشی از محاسبه جریان را انجام می دهد. یک رهبر در مرکز ، با استفاده از چراغ های سیگنال رنگی و ارتباطات تلگراف ، پیش بینی را هماهنگ می کند. آنچه او پیشنهاد می کرد یک محاسبه CFD بسیار احتیاطی بود. اولین راه حل عددی برای جریان گذشته یک سیلندر در سال 1933 توسط THOM انجام شد و در انگلیس گزارش شد:

A. Thom ، ‘جریان سیلندرهای دایره ای گذشته با سرعت کم ، Proc. جامعه سلطنتی ، A141 ، صص 651-666 ، لندن ، 1933

کاواگوتی در ژاپن با استفاده از یک ماشین حساب میز مکانیکی ، 20 ساعت در هفته به مدت 18 ماه ، یک محلول مشابه برای جریان در اطراف سیلندر به دست آورد!

M. Kawaguti ، ‘محلول عددی معادلات NS برای جریان در اطراف یک سیلندر دایره ای در رینولدز شماره 40 ، مجله PHY. SOC. ژاپن ، جلد. 8 ، صص 747-757 ، 1953.

در دهه 1960 ، تقسیم نظری ناسا در لوس آلاموس در ایالات متحده بسیاری از روشهای عددی را که امروزه هنوز در CFD مورد استفاده قرار می گیرند ، مانند روشهای زیر: ذرات در سلول (PIC) ، نشانگر و سلول (MAC) کمک کرد.) ، روشهای عملکرد گرداب-جریان ، روشهای دلخواه Lagrangian-Eulerian (ALE) و مدل آشفتگی k-e همه جا. در دهه 1970 ، گروهی که تحت عنوان D. Brian Spalding ، در کالج امپریال ، لندن کار می کنند ، کدهای جریان پارابولیک (Genmix) ، کدهای مبتنی بر عملکرد گرداب ، الگوریتم ساده و کد آموزش و همچنین شکل K را تهیه کردند.- معادلات E که امروزه مورد استفاده قرار می گیرند (Spalding & Launder ، 1972). آنها در ادامه به توسعه مدل های احتراق "Eddy Break-up" و "PDF" فرض شده ، توسعه دادند. یکی دیگر از رویدادهای مهم در صنعت CFD در سال 1980 بود که Suhas V. Patankar "انتقال حرارت عددی و جریان سیال" را منتشر کرد ، احتمالاً تأثیرگذارترین کتاب در CFD تا به امروز ، و کتابی که هزار کد CFD را ایجاد کرده است.

در اوایل دهه 1980 بود که کدهای CFD تجاری به شکلی بزرگ وارد بازار آزاد شدند. استفاده از نرم افزار CFD تجاری به جای ادامه آنها در تهیه کدهای CFD داخلی ، توسط شرکت های بزرگ در سراسر جهان پذیرفته شد. بنابراین نرم افزار CFD تجاری بر اساس مجموعه ای از عبارات ریاضی غیرخطی بسیار پیچیده است که معادلات اساسی جریان سیال ، گرما و حمل و نقل مواد را تعریف می کند. این معادلات با استفاده از الگوریتم های رایانه ای پیچیده تعبیه شده در نرم افزار CFD به طور تکراری حل می شوند. تأثیر خالص چنین نرم افزاری این است که به کاربر اجازه دهد هر زمینه جریان را از نظر محاسباتی مدل کند ، به شرط اینکه هندسه شیء مدل شده شناخته شود ، فیزیک و شیمی مشخص شده و برخی از شرایط اولیه جریان تجویز می شود. خروجی های نرم افزار CFD را می توان به صورت گرافیکی در توطئه های رنگی بردارهای سرعت ، کانتورهای فشار ، خطوط خصوصیات میدان جریان ثابت یا به عنوان داده های عددی "سخت" و توطئه های X-Y مشاهده کرد.

CFD اکنون به عنوان بخشی از طیف ابزارهای مهندسی به کمک رایانه (CAE) شناخته شده است که امروزه در تمام صنایع به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد ، و رویکرد آن به مدل سازی پدیده های جریان سیال اجازه می دهد تا طراحان تجهیزات و تحلیلگران فنی قدرت یک تونل باد مجازی را داشته باشنددر رایانه رومیزی آنها. نرم افزار CFD فراتر از آنچه که Navier ، Stokes یا Da Vinci می توانست تصور کند ، تکامل یافته است. CFD به بخشی ضروری از فرآیند طراحی آیرودینامیکی و هیدرودینامیکی برای هواپیماها ، قطارها ، اتومبیل ، موشک ، کشتی ، زیردریایی تبدیل شده است. و در واقع هر فرآیند صنایع دستی یا تولیدی که بشر ابداع کرده است.

سلب مسئولیت ما دارای حق چاپ در تصاویر مورد استفاده در این صفحه نیست. ما معتقدیم که بیشتر تصاویر در حوزه عمومی قرار دارند و به شرط استفاده از آنها در یک وب سایت که بعید به نظر می رسد با هر مشکلی روبرو شوید. با این حال ، اگر می خواهید از آنها به هر روش دیگری استفاده کنید - در انتشار "مقاله" یا به عنوان مثال بر روی CD - ما نمی توانیم تضمین کنیم که ممکن است مشکلات حق چاپ وجود نداشته باشد. اگر فکر می کنید که حق هر یک از تصاویر مورد استفاده ما را دارید ، لطفاً با ما تماس بگیرید و ما یا آن تصویر را پس می گیریم یا یک تأیید را اضافه می کنیم.

شرکت |چرا از CFD استفاده کنید |برنامه های CFD |نکات برجسته پروژه |تاریخچه CFD |تماس با © 2008 شرکت Amwel • وب سایت توسط