Računarska dinamika fluida

Računarska dinamika fluida (CFD, od eng. Computational Fluid Dynamics) primjenjena je nauka kojoj je glavni cilj primjena znanja i iskustava s područja mehanike fluida uz izradu računarskih (računarskih) modela, kako bi se dobila nova saznanja o pojedinim specifičnim problemima unutar mehanike/dinamike fluida. Međutim, CFD je posljednjih godina evoluirala mnogo dalje od obične primjene mehanike fluida u rješavanju svojih problema: danas se modeliraju hemijski i termodinamički procesi u fluidima, a CFD modelima dodaju se i modeli gibanja čestica unutar fluida (sedimentacija), modeli biosistema (rast vodene flore i mikroflore i faune unutar vodotokova), itd.

A Simulacija Hyper-X scramjet letjelice, pri brzini od 7 Mach-a

Uvod i primjene

CFD je načelno reduciran na dinamiku fluida, pošto se statika fluida može dovoljno dobro modelirati tradicionalnim, analitičkim metodama te probleme statike fluida nije zanimljivo računarski modelirati. Problemi dinamike fluida su, suprotno tome, izrazito kompleksni i nepredvidljivi, te je računalno modeliranje danas jedini način uvida u pojave unutar fluida u gibanju.

Cilj CFD-a je izrada dovoljno tačnog modela određenog problema, te provođenje dovoljno tačne simulacije kako bi se dobio zadovoljavajući uvid.

Primjene u mašinstvu

U skladu s općenitosti gore navedenih definicija, i primjena ove velike i stalno rastuće grane znanosti vrlo je široka: može se reći da je ova disciplina primjenjiva u rješavanju svih problema u svim granama znanosti i industrije gdje se javljaju fluidi u kretanju.

U mašinstvu je tipična primjena rezultata dobivenih modeliranjem opstrujavanja fluida oko konstrukcija kako bi se optimizirao oblik konstrukcije: npr. modeliranje opstrujavanja oko šasije automobila rezultira dizajnom šasije koji ima bitno manji koeficijent otpora, a krajnji je rezultat manja potrošnja goriva i veća stabilnost vozila na cesti, manji uticaj bočnih vjetrova i sigurnija vožnja. Modeliranjem toka fluida oko lopatica vodnih, parnih i plinskih turbina te kompresora rezultirala je redizajnom lopatica i podizanjem iskoristivosti turbina termo- i hidroelektrana, turbomotora brodova i aviona, turbokompresora itd.

Osim primjene rezultata dobivenih pomoću CFD modela u optimizaciji konstrukcije, u strojarstvu moguća je još vrlo široka paleta primjene, npr. modeliranje procesa izgaranja unutar cilindara Otto i Diesel motora pomoglo je pri reguliranju optimalne smjese i povećavanju iskoristivosti i snage ovih motora. Modeliranje toka fluida kroz cjevovode pomaže konstruiranju optimalnijih i jeftinijih cjevovda zadovoljavajuće čvrstoće kako kod malih sistema tako i kod ogromnih privodnih i odvodnih cjevovoda hidroelektrana te cjevovoda rashladnih sistema termoelektrana. Modeliranje kretanja sedimenata (pijeska, mulja itd) unutar otvorenih umjetnih i prirodnih kanala, rijeka i jezera pomoglo je u predviđanjima dinamike akumuacijskih jezera te je dalo važne smjernice pri konstrukciji kanala i cjevovoda kod hidro- i termoelektrana. Modeliranje ponašanja ulja unutar cjevovoda robota (ulje za podmazivanje, te hidrauličko ulje kod hidrauličkih robota) važan je faktor pri proračunavanju dinamike robota. Modeliranje strujanja ispusta otpadnih voda i plinova ključno je kod planiranja konstrukcija koje će u najmanjem mogućem obimu negativno uticati na okoliš.

Ostale primjene

Osim u mašinstvu, CFD se može primijeniti u gotovo svim ostalim naukama i industrijama. Poplavni modeli rijeka i modeli pucanja brana na akumulacionim jezerima pomažu pri procjeni mogućih šteta nastalih tim pojavama te ih koriste osiguravajuća društva ali i državni aparat pri odobravanju građevinskih dozvola. Modeliranje toka struja unutar mora i okeana, te modeliranje vjetrova postalo je krucijalni dio razumijevanja migracija i općenitog ponašanja morskih životinja, ptica i letećih insekata, te je postalo neizostavan dio bioloških istraživanja usmjerenih na ova područja. U medicini, modeliranje pojava u krvotoku kod kardiovaskularnih bolesti, apsorpcije lijekova unutar ćelija tumora i strujanja hemijskih signala žlijezda kroz tijelo pomoglo je pri liječenju mnogih bolesti.

Računarsko modeliranje

Vanjski linkovi

• http://www.societyofrobots.com/mechanics_FEA.shtml (en)

Nedovršeni članak Računarska dinamika fluida koji govori o računarstvu treba dopuniti. Dopunite ga prema pravilima Wikipedije.