این روزها، نرم افزارهای تجاری CFD در سیستم عامل های مختلف از جمله ویندوز، لینوکس، macOS و حتی سیستم های رایانش ابری (Cloud) که به مرورگرها و برنامه های تلفن همراه متصل می شوند، در دسترس هستند.
کاربردهای نرم افزارهای آنالیز CFD تقریباً نامحدود هستند. برنامه های CFD به طور گسترده ای در صنایع هوافضا، ساخت اتومبیل و صنایع کشتی سازی مورد استفاده قرار می گیرد.
رشته ها و حوزه هایی که نرم افزارهای مدل سازی CFD به درد شما می خورد عبارتند از:
- بیوتکنولوژی
- مهندسی مکانیک
- مهندسی هوافضا
- مهندسی شیمی
- مهندسی هسته ای
- برنامه ریزی شهری
- ساخت وسایل لوله کشی
- سیستم های مدیریت آب
- مهندسی عمران
- توسعه بازی های ویدیویی و بسیاری موارد دیگر
برخی از مواردی که می توان ازنرم افزارهای CFD در آن استفاده کرد عبارتند از:
- قالب تزریق پلاستیک: شبیه‌سازی این فرآیند صنعتی بر روی کامپیوتر باعث صرفه‌جویی در وقت، هزینه و تلاش می‌شود. این امر می‌تواند به عملیات تولید کمک کند.
- تحلیل حرارتی: این سناریو تجزیه و تحلیل، اغلب توسط تولید‌کنندگان سلاح و الکترونیک استفاده می‌شود. با نرم‌افزار‌های CFD می‌توان انواع مسائل مربوط به انتقال حرارت را شبیه‌سازی کرد. می توان برای نمونه بررسی کرد که در یک فرآِیند چه میزان انرژی به صورت حرارت انتقال می یابد.
- تحلیل سازه استاتیک: یکی از رایج‌ترین کاربردهای حل گر‌های CFD مربوط به تحلیل بارگذاری مکانیکی، تجزیه و تحلیل تنش و عملکرد مواد در شرایط خستگی است.
- تحلیل جریان سیالات: با نرم‌افزار‌های CFD می‌توان انواع مسائل مربوط به استاتیک و دینامیک سیالات را حل کرد. برای نمونه می توان انواع جریان ها شامل جریا آرام و آشفته، جریان چندفازی، جریان واکنش دهنده، جریان های صوتی و .. را شبیه سازی کرد. این کاربرد CFD به بیوتکنولوژی، به ویژه در زمینه تولید تجهیزات پزشکی پیشرفته مورد استفاده در درمان تنفسی و قلبی عروقی نیز حتی گسترش یافته است.
- تحلیل سازه‌ای دینامیکی: از طریق نرم افزارهای CFD می توان رفتار انواع سیستم ها را تحت شرایط دینامیکی مورد بررسی قرار داد. برای مثال می توان در هم کنش اجزای یک گیرباکس را مورد بررسی قرار داد.
در ادامه ۱۰ نرم‌افزار برتر CFD (دینامیک سیالات محاسباتی) آورده شده و بطور خلاصه تعریف‌ای از آنها را خواهیم داشت:
1. ANSYS:
ANSYS یک بسته نرم‌افزاری شبیه‌سازی است که به شرکت‌ها کمک میکند تا قبل از تأیید نمونه‌های اولیه، مدل آنها بدون اشکال باشد. مهندسان می‌توانند با استفاده از این مجموعه نرم‌افزاری به کمک رایانه (CAE) و دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) مدل‌های مجازی از ساخته‌های خود بسازند و سپس آنها را در معرض آزمایش‌های مورد تأیید قرار دهند. انجام یک تجزیه و تحلیل طراحی از این طریق می‌تواند میزان آزمایش فیزیکی را که باید قبل از ارسال چیزی به بازار انجام شود، به شدت کاهش دهد.
این برنامه برای به حداکثر رساندن انعطاف‌پذیری طراحی شده است. ANSYS با تمرکز بر روی آنچه توسعه دهنده از آن به عنوان فن‌آوری شبیه‌سازی فراگیر یاد میکند، شبیه‌سازی‌های خود را متناسب با نوع خاصی از محصول در حال آزمایش تنظیم میکند.
به عنوان مثال، یک مهندس هوافضا ممکن است بخواهد اطلاعات بیشتری در مورد یک سازه هوایی جدید بداند. تیم آنها می‌تواند از ANSYS برای ترسیم یک مدل سه بعدی پیچیده از هواپیمای آزمایشی استفاده کنند. سپس آنها مدل طراحی شده را از طریق ماژول شبیه‌سازی چند فیزیکه می توانند اجرا کنند تا ببینند چه نیرو‌هایی در حالت پرواز بر آن وارد می‌شوند. شاید مجموعه انسیس را بتوان به عنوان قویترین و با اعتبارترین نرم‌افزار در بین ۱۰ نرم‌افزار برتر CFD دانست که روز بروز به وسعت آن و قابلیت‌های آن اضافه می‌شود.
از بسته‌های نرم‌افزاری CFD زیرمجموعه انسیس می‌توان به نرم‌افزار‌های ANSYS FLUENT، ANSYS CFX و ANSYS PolyFlow اشاره کرد. هر سه این نرم‌افزار‌ها را می‌توان برای شبیه‌سازی رفتار سیالات مورد استفاده کرد. قابلیت‌های ANSYS فقط ختم به نرم‌افزار‌های شبیه‌سازی سیالات نمی‌شود. برای مثال تنها برای فرایند تولید شبکه به عنوان یکی از مهم‌ترین مراحل شبیه‌سازی ANSYS زیرمجموعه‌های بسیار قدرتمندی نظیر GAMBIT، ICEM CFD، ANSYS MESHING و Fluent Meshing را ارائه کرده است. یا در حوزه شبیه‌سازی مکانیک جامدات می‌توان از ماژول Mechanical APLD استفاده کرد.
اگر علاقمند به آشنایی بیشتر با نرم افزار ANSYS Fluent هستید به مجله “نرم انسیس فلوئنت (Ansys Fluent) چیست و چه کاربردی دارد؟ راهنمای جامع یادگیری و شروع به کار با Fluent“ مراجعه فرمایید.
همچنین مجموعه درسواره آموزش نرم افزار فلوئنت ANSYS Fluent و آموزش نرم افزار ANSYS CFX را به صورت کامل و جامع ارائه کرده است که می توانید برای دریافت اطلاع بیشتر بر روی لینک ها کلیک کنید. در حوزه تولید شبکه می توانید از آموزش GAMBIT, آموزش ICEM CFD، آموزش ANSYS MESHING یا آموزش Fluent Meshing استفاده کنید.
2. COMSOL Multiphysics
COMSOL Multiphysics یک محصول نرم افزاری شبیه سازی است که درک، پیش بینی و بهینه سازی فرایندهای مبتنی بر فیزیک را آسان می کند. مهندسان و دانشمندان تقریباً در هر زمینه تحقیقاتی می توانند از این برنامه برای مدل سازی طرح ها به عنوان بخشی از فرآیند تولید محصول استفاده کنند. هنگامی که تکنسین ها یک مدل شبیه سازی را نهایی کردند، می توانند آن را به یک برنامه اختصاصی با رابط کاربری مستقل تبدیل کنند.
بزرگ ترین ویژگی نرم افزار کامسول طیف بسیار گسترده از فرایندهای فیزیکی است که می توانند شبیه سازی کند. می توان گفت هیچ پدیده فیزیکی وجود ندارد که حداقل در یک مقایس اولیه نتوان با کامسول آن را شبیه سازی کرد. همین امر باعث شده است که از این نرم افزار به صورت گسترده بین تمام مهندسان و محققان مورد استفاده قرار گیرد. اگر به هر نحوی رشته شما مربوط به فیزیکف شیمی یا ریاضیات است می توانید از این نرم افزار استفاده کنید.
این نرم افزار به کارمندان تحقیق و توسعه شما این آزادی را می دهد تا طرح های خود را با سایر پرسنل به اشتراک بگذارند. شما همچنین می توانید مدل های مختلف بسته های استاندارد CAD و ECAD را با کاربران به اشتراک بگذارید. COMSOL شامل ماژول های اختصاصی برای وارد کردن مدل های CAD است.
همچنین این نرم افزار همراه با مجموعه ای از ابزارهای مدل سازی هندسه است که به شما امکان می دهد اشیاء solid یا جامد، سطوح و منحنی ها را ایجاد کنید. هندسه ها با یک سری عملیات ریاضی تعریف می شوند و میتوانید هندسه ها و طراحی های خود را پارامتریک ترسیم کنید و برای تغییر آنها در هر شبیه سازی متفاوت تنها پارامتر مورد نظر را تغییر بدید! به همین سادگی.
برخی از مسائل که می توان با کامسول شبیه سازی کرد شامل جریان سیالات، واکنش های شیمیایی، مکانیک جامدات، آکوستیک، الکتروشیمی، انتقال حرارت، اپتیک، پلاسما، نیمه رساناها، جریان الکتریکی و معادلات دیفرانسیل است.
اگر علاقمند به آشنایی بیشتر با این نرم افزار فوق العاده هستید حتما مجله “کامسول مولتی فیزیکس (Comsol Multiphysics) چیست و چه کاربردی دارد؟ راهنمای جامع یادگیری و شروع به کار با کامسول“ را مطالعه کنید.
همچنین مجموعه درسواره آموزش جامع نرم افزار کامسول را ارائه کرده است که می توانید با کلیک بر روی لینک اطلاعات بیشتری از این دوره دریافت کنید.
3. STAR CCM
Simcenter STAR-CCM+ یک نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی چندفیزیکی (CFD) برای شبیه سازی محصولاتی است که تحت شرایط دنیای واقعی کار می کنند. Simcenter STAR-CCM+ به طور منحصر به فرد امکان بررسی، بهینه سازی و طراحی خودکار را به جعبه ابزار شبیه سازی CFD هر مهندس می آورد. محیط یکپارچه واحد این نرم افزار شامل همه چیز از CAD، مش بندی خودکار، CFD ،پس پردازش و استخراج نتایج است. این محیط به مهندسان اجازه می دهد تا به طور موثر کل فضای طراحی را بررسی کنند تا تصمیمات طراحی بهتر را سریعتر بگیرند. بینش اضافی به‌دست‌آمده با استفاده از Simcenter STAR-CCM+ برای هدایت فرآیند طراحی شما، در نهایت منجر به محصولات نوآورانه‌تر می‌شود که فراتر از انتظارات مشتری است.
در واقع نرم افزار STARCCM تمام آن چیزی است که یک مهندس برای انجام شبیه سازی به شیوه CFD به آن نیاز دارد. تمامی روند شبیه سازی کامل از مرحله طراحی هندسه، تولید شبکه، شبیه سازی و استخراج نتایج با این نرم افزار به صورت یکپارچه و سریع قابل انجام است.
مجموعه درسواره آموزش جامع نرم افزار StarCCM را ارائه کرده است که می توانید با کلیک بر روی لینک اطلاعات بیشتری از این دوره دریافت کنید.
4. Abaqus
مجموعه محصولات Abaqus Unified FEA حل گر‌های قدرتمند و کاملی را برای مسائل مهندسی معمول و پیچیده ارائه می‌دهد که طیف وسیعی از کاربردهای صنعتی را پوشش می‌دهد. در گروه‌های مهندسی، صنایع اتومبیل‌سازی، گروه‌های کاری قادر به در نظر گرفتن بار‌های کامل خودرو، لرزش دینامیکی، سیستم‌های چند بدنه، ضربه و تصادف، استاتیک غیر خطی، کوپلینگ حرارتی و اتصال صوتی-ساختاری با استفاده از یک ساختار داده مدل مشترک و فناوری حل یکپارچه توسط این نرم‌افزار هستند.
آباکوس (ABAQUS) قابلیت حل مسائل از یک تحلیل خطی ساده تا پیچیده‌ترین مدلسازی غیر خطی را دارا می‌باشد. این نرم‌افزار دارای مجموعه المان‌های بسیار گسترده‌ای می‌باشد که هر نوع هندسه‌ای را می‌توان توسط این المان‌ها مدل کرد. همچنین دارای مدل‌های رفتاری بسیار زیادی است که در مدلسازی انواع مواد با خواص و رفتار گوناگون نظیر فلزات، لاستیک‌ها، پلیمر‌ها، تیر‌های کامپوزیتی، بتن مسلح، فوم‌های فنری و نیز شکننده و همچنین مصالحی ژئوتکنیکی نظیر خاک و سنگ، قابلیت بالایی را ممکن می‌سازد.
مجموعه درسواره آموزش جامع نرم افزار ABAQUS را ارائه کرده است که می توانید با کلیک بر روی لینک اطلاعات بیشتری از این دوره دریافت کنید.
5. OpenFOAM
یکی دیگر از بهترین نرم‌افزار‌ها در بین ۱۰ نرم‌افزار برتر CFD را می‌توان OpenFOAM دانست که روی لینوکس، macOS و ویندوز ۱۰ اجرا می‌شود. این نرم‌افزار CFD به شما امکان شبیه‌سازی عملی هر محیطی را می‌دهد.
شرکت‌های فعال در صنایع هوافضا و حمل و نقل می‌توانند از OpenFOAM برای آزمایش طرح‌های هواپیما و خودرو، سیستم‌های مهار آتش، موتور‌ها و سایر محصولات بدون نیاز به نمونه‌های اولیه فیزیکی استفاده کنند.
برخی از ویژگی‌های اصلی نرم‌افزار مهندسی OpenFOAM شامل شبیه سازی جریان آشفته، ترموفیزیک و مدلسازی انتقال ذرات و همچنین شبیه‌سازی جریان چند فازی است. همانند بسیاری از محصولات نرم‌افزاری، OpenFOAM از تولید مش برای هندسه‌های ساده و پیچیده پشتیبانی میکند. بارزترین ویژگی نرم‌افزار اپن فوم Open Source بودن این نرم‌افزار است. به این معنی که کد‌های این نرم‌افزار در اختیار همگان قرار دارد و به صورت روزانه توسط محققین در سراسر جهان در حال توسعه و پیشرفت است. برای استفاده از این نرم‌افزار نیاز به هزینه نیست و می‌توان به صورت رایگان از امکانات آن بهره‌مند شد.
6. PowerFLOW
SIMULIA PowerFLOW نرم‌افزاری شبیه‌سازی است که می‌تواند به شرکت‌های بزرگ در بهبود فرآیند طراحی و توسعه محصول خود کمک کند. PowerFLOW Suite یک حلگر CFD است که براساس فیزیک Lattice-Boltzmann ساخته شده است. کاربران PowerFLOW شامل مشاغل فعال در صنعت حمل و نقل و هوافضا و همچنین مؤسسات دانشگاهی و مهندسان در سطح شرکت‌ها هستند.
به طور کلی، PowerFLOW به شرکت‌ها برتری قابل توجهی نسبت به روش‌های طراحی آزمایشی و رایانه‌ای سنتی می‌دهد. طراحان با نرم افزار در دنیای مجازی کار می‌کنند و نیاز به نمونه هایِ اولیهِ فیزیکی را از بین می‌برند. PowerFLOW همچنین می‌تواند هزینه‌های مربوط به تغییرات طراحی را کاهش دهد.
یکی از ویژگی‌های برتر PowerFLOW موارد قابل انتخاب گسترده آن از الگو‌های پیشفرض برنامه است. این الگو‌ها به کاربران امکان می‌دهد تا موارد را برای تجزیه و تحلیل ایرودینامیک، آئرواکستیک و شبیه‌سازی حرارتی به طور خودکار تنظیم کنند. کتابخانه الگو PowerFLOW همچنین شامل ابزار‌هایی برای شبیه‌سازی سیستم‌های کنترل آب و هوا، پیشرانه‌ها و سیستم‌های مدیریت خاک و آب برای وسایل نقلیه سنگین است.
7. SimScale
SimScale یک نرم‌افزار شبیه‌سازی است که برای وب طراحی شده است. این ابزار با اعتبار سنجی، طراحیِ نوآورانه‌ای را در اختیار شما قرار می‌دهد که آزمایش عملکرد، بهینه‌سازی دوام و بهبود کارایی را برای طیف گسترده‌ای از برنامه‌ها ساده میکند. بنگاه‌های شرکتی و سازمان‌های دانشگاهی از این نرم‌افزار برای ایجاد طراحی سریع و راحت و در عین حال باکیفیت، استفاده می‌کنند.
یکی از ویژگی‌های برتر نرم‌افزار CFD SimScale این است که هم آن و هم زیرساخت‌های آن کاملاً در فضای ابری قرار دارند. به عبارت دیگر، این محصول Cloud CFD نیاز به سخت‌افزار و نصب نرم‌افزار ندارد. در نتیجه، شرکت‌ها می‌توانند بدون سرمایه‌گذاری در سرور‌های گران قیمت و خدمات تعمیر و نگهداری، در طراحی، شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل در مقیاس کامل از آن استفاده کنند.
8. Autodesk
Autodesk CFD علاوه بر نرم افزار محبوب برای شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی، از مهندسی به کمک رایانه پشتیبانی می کند. بنگاه ها از نرم افزار CAE برای تسهیل فرایندهای متعدد مانند تحلیل اجزای محدود (FEA) استفاده می کنند.
9. Flow 3D
نرم‌افزار شبیه‌سازی مانند FLOW-۳D نمونه بارز قدرت و توانایی بی‌نظیر رایانه‌های مدرن است.
سیالات ماده‌ای سه بعدی هستند و بنابراین هر الگوریتمی که آنها را پیش بینی میکند باید توانایی فیزیک سه بعدی را داشته باشد. CFD سه بعدی هنگام شبیه‌سازی در محاسبات ترمودینامیک، گلوگاه‌ها، فشار‌ها و موارد دیگر اجباری است. بهره‌مندی از قدرت ابری یا Cloud این نرم‌افزار را قادر می‌سازد تا در واقع به این فاکتور مهم دست یابد.
الگوریتم FAVOR در این نرم‌افزار، شبیه‌سازی سه بعدی را حتی قدرتمندتر میکند. هندسه یک پدیده سنگین برای محاسبه، شامل راس‌ها و انتقال ظاهر و ابعاد است. FAVOR اجازه می‌دهد هندسه به صورت هوشمند‌تری محاسبه و منطقی شود، این امر دستیابی به شبیه‌سازی حجم زیاد را در حالت‌های پیچیده بسیار آسان میکند.
در کنار FAVOR کار TruVOF است که امکان تجزیه و تحلیل مناسب و نمایش تراکم، حجم و درجه حرارت مختلف را فراهم میکند. بهینه‌سازی سه بعدی، FAVOR و TruVOF همه با هم کار می‌کنند تا یک شبیه‌سازی سیالاتی واقع بینانه‌ای را ایجاد کنند.
هنگام مدلسازی مایعات، شکل، دما و ترکیب فلزات می‌توانند تأثیر زیادی بر روی‌اشیاء داشته باشند. به همین دلیل FLOW-۳D شبیه‌سازی ریخته‌گری فلز بسیار پیشرفته‌ای را ارائه می‌دهد که کار با آن بسیار آسان است.
10. SimulationX
به لطف فناوری مدرن، ما در دوره ای زندگی می کنیم که نرم افزارهای شبیه سازی تخصصی به وفور یافت می شوند. با این حال، وقتی سایر برنامه های شبیه سازی تخصصی نیازهای شما را برآورده نمی کنند، SimulationX یک محیط چند منظوره را ارائه می دهد که ممکن است کارساز باشد. SimulationX یک شبیه ساز با کاربرد گسترده است که دارای انعطاف کافی برای مدل سازی طیف گسترده ای از موارد را خواهد داشت.
راهنمای شروع به کار و یادگیری نرم افزارهای CFD:
در نهایت می‌توان گفت با در نظر گرفتن پیشرفت کامپیوتری و تکنولوژی حوزه نرم‌افزار‌های CFD هم رو به رشد و تکامل بوده و این مطلب از مجله درسواره به عنوانی راهنمای کلی و کمکی برای شناخت و آشتایی مهندسان و دانش پژوهان از این حوزه و حرفه در بستر نرم‌افزاری خواهد بود.
مجموعه درسواره به عنوان یکی از مجموعه‌های آموزشی پیشرو در زمینه ارائه آموزش‌های مرتبط به حوزه CFD و شبیه‌سازی تا کنون اقدام به عرضه ده‌ها بسته آموزشی در زمینه آموزش نرم‌افزار‌های COMSOL، FLUENT، CFX، STARCCM، ABAQUS و.. کرده است. اگر شما هم علاقمند به یادگیری این نرم‌افزار‌ها هستید میتوانید وارد این لینک شده و آموزش‌های مورد نظر خود را خریداری کنید.
