آیا علاقمند به یادگیری شبیه سازی سیالاتی هستید؟

امروزه دغدغه خیلی از فارغ التحصیلان و دانشجویان رشته مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی و مهندسی عمران این هست که یاد بگیرند که چطور مسائل سیالاتی و شاید در دید بزرگ‌تر فیزیکی را شبیه سازی کنند.

وقتی یک نگاهی به فضای اینترنت داشته باشیم با انبوه راهکارهای موجود برای این کار مواجه می‌شویم که باعث سردرگمی افراد می‌شود. آیا برای اینکار کدنویسی انجام بدهم؟ از نرم افزارهای تجاری استفاده بکنم؟ یا نرم افزارهای رایگان چاره ساز هست؟

خب باید همین اول کار باید بگویم که هر سه این راهکارها میتونه برای ما مفید و حل کننده مشکل باشد اما انتخاب هر کدام بستگی به هدف شخص، و این موضوع دارد که می‌خواهید چقدر زمان صرف یادگیری و بعداً صرف شبیه سازی و حل مساله کنید. هر یک از این روش‌ها برخی محاسن و برخی معایب نسبت به روش‌های دیگر دارند. برای مثال نرم افزارهای تجاری عمدتاً روال یادگیری ساده‌تری تری دارند. همچنین منابع برای یادگیری این نرم افزارها خیلی بیشتر در دسترس هست. بعلاوه توسط سازنده به صورت مداوم پشتیبانی می‌شوند و بروز رسانی‌های مکرر دریافت می‌کنند که باعث می‌شود بسته‌های بسیار کامل‌تری تری باشند. اما در نکته مقابل هزینه خرید این نرم افزارها، مشکلات مربوط به لایسنس و تحریم و همچنین محدود بودن راهکارهای رفع مشکل بزرگ‌ترین معایب استفاده از این نرم افزارها هست.

علی‌رغم مشکلاتی که بالاتر به آن اشاره کردیم همچنان راهکار استفاده از نرم افزارهای تجاری بزرگ‌ترین شیوه انتخاب شده بین کاربران در نقاط مختلف جهان هست. اگر شما هم دوست دارید که خیلی سریع وارد دنیای شبیه سازی فیزیکی و به صورت خاص شبیه سازی مسائل سیالاتی بشوید و در مدت زمان کم بتونید مسائل مختلف را بررسی بکنید پیشنهاد من به شخصه بهتون استفاده از این نرم افزارها هست. البته شاید بعداً در یک مقاله مجزا به محاسن و معایب استفاده از دو روش دیگر هم اشاره کنم.

حالا اگر بخواهیم که به صورت دقیق‌تر به روند انجام یک شبیه سازی سیالاتی (فیزیکی) نگاه کنیم می‌توانیم چند گام را متصور بشویم که برای انجام یک شبیه سازی کامل باید اون‌ها را انجام بدهیم. گام اول قطعاً تعریف صحیح مساله و میدان محاسباتی یا به صورت دقیق‌تر چیزی هست که می‌خواهیم شبیه سازی کنیم. این مرحله به نرم افزار خاصی نیاز ندارد و کافی است که روی کاغذ مساله را برای خودمون تعریف کنیم.

در گام بعدی باید هندسه فیزیکی مورد نیاز را طراحی کنیم. خب وابسته به اینکه از چه بسته نرم افزاری استفاده می‌کنید راهکارهای مختلف برای انجام این گام وجود دارد. برای مثال اگر قصد دارید از نرم افزار Fluent یا CFX برای شبیه سازی استفاده کنید به احتمال فراوان باید هندسه را در نرم افزار Ansys DesignModeler یا Ansys Spaceclaim طراحی کنید. البته شرکت انسیس طیف وسیعی از نرم افزارها را برای این مرحله آماده کرده که می‌شود به Gambit و Icem CFD هم اشاره کرد. خبر خوب این هست که برای طراحی هندسه می‌توانید از نرم افزارهای مطرح CAD مثل کتیا و سالیدورک هم استفاده کنید و سپس هندسه را وارد نرم افزارهای تولید شبکه کنید. در کنار این برخی نرم افزارهای شبیه سازی دیگر مثل Comsol و Star CCM هم وجود دارند که داخل بسته نرم افزاری ماژول‌های مخصوص تولید هندسه دارند.

گام بعدی تولید شبکه است. شبکه برای گسسته سازی میدان محاسباتی استفاده می‌شود. برای این گام هم بسته‌های تجاری موجود مختلف راهکارهای مختلفی ارائه می‌کنند. برای مثال اگر می‌خواهید از COMSOL استفاده کنید خبر خوب براتون این هست که این نرم افزار ماژول تولید شبکه هم دارد. در نقطه مقابل شرکتی مثل اسنیس ابزارهای مختلفی برای تولید شبکه ارائه کرده است که می‌شود به Gambit, Icem CFD, Ansys Meshing اشاره کرد.

بعد از مرحله تولید شبکه باید شبکه تولید شده را وارد نرم افزار شبیه سازی کنیم. به احتمال فراوان تا اینجای کار نرم افزار شبیه سازی خودتون را انتخاب کردید. برای این کار Fluent, Comsol, StarCCM, CFX, OpenFoam و.. را می‌توانیم بهتون معرفی کنیم. مرحله شبیه سازی شامل تعریف میدان فیزیکی، انتخاب مدل های شبیه سازی، تعریف شرایط میدان، تعریف شرایط مرزی، تنظیمات حل گر، انتخاب روش های گسسته سازی و... است که تمامی این نرم افزارها ماژول ها و ابزارهای مخصوص برای اینکار را دارا هستند و شما کافی هست که تنظیمات مورد نظر خود را اعمال کنید. بعد از انجام تنظیمات شبیه سازش شروع می شود و در نهایت نرم افزار نتایج را ارائه می کند.

آخرین مرحله از روند شبیه سازی هم Post Processing یا بررسی نتایج هست که برای اینکار هم اکثر نرم افزارهای معرفی شده در بالا ابزار مخصوص را دارا هستند با این حال برخی نرم افزارهای مخصوص برای این کار مثل CFD Postیا TechPlot هم وجود دارد. در این مرحله نتایج را به صورت استاندارد با استخراج کانتورها، نمودارها، و گزارش ها انجام می دهیم و برای ارائه به کارفرما یا استاد آماده می کنیم. قطعا ارائه نتایج با یک فرمت مناسب یکی از مراحل مهم در شبیه سازی است.

حالا تا اینجای کار که احتمالاً براتون سوالی که پیش اومده این هست که از کجا این نرم افزارها را یاد بگیرم؟ برای این منظور مجموعه های مختلف در کشور ایجاد شده است که می توانید به مراجعه به اون ها برای شروع یادگیری استفاده کنید. یکی از این مجموعه ها را براتون در منبع تگ کردیم.

منبع : درسواره