نرم افزار انسیس فلوئنت (Ansys Fluent) چیست و چه کاربردی دارد؟ راهنمای جامع یادگیری و شروع به کار با Fluent

• معرفی نرم افزار فلوئنت

احتمالاً شما هم از آن دسته از مهندسین مکانیک، هوافضا یا شیمی هستید که به دنیال راهکاری برای شبیه‌سازی یا مدل‌سازی مسائل مختلف فیزیکی و یا به صورت خاص سیالاتی خود هستید. حتماً برای پیداکردن راهکار در فضای اینترنت واژه‌هایی چون بهترین نرم‌افزار یا قدیمی‌ترین نرم‌افزار شبیه‌سازی سیالاتی را جستجو کرده‌اید و در میان پاسخ‌های بدست آمده با نام نرم افزار انسیس فلوئنت (Ansys Fluent) آشنا شده‌اید. اگر به دنبال آشنایی با این نرم‌افزار هستید حتماً ادامه این مطلب را مطالعه کنید.

به صورت کلی فلوئنت، Fluent، انسیس فلوئنت یا Ansys Fluent نام نرم‌افزار یا پکیچ شبیه‌سازی دینامیک سیالات شماره یک جهان است که توسط شرکت مطرح ANSYS ارائه می‌شود. شرکت انسیس یک شرکت آمریکایی هست که سابقه توسعه و ارائه نرم‌افزار و پکیج مدل سازی/شبیه‌سازی (CAE/multiphysics) به کمک رایانه را برای سالیان متوالی دارد. البته نرم‌افزار Fluent تنها نرم‌افزار یا بسته ارائه شده توسط شرکت انسیس نیست و حتی در زمینه شبیه‌سازی سیالات نیز این شرکت بسته‌ها یا نرم‌افزار‌های مطرح دیگری چون ANSYS CFX و ANSYS Polyflow را ارائه می‌کند.

نرم افزار انسیس فلوئنت (Ansys Fluent) جز دسته نرم‌افزار‌های تجاری فعال در حوزه شبیه‌سازی مکانیک سیالات است، به این معنی که شرکت سازنده کد‌های این نرم‌افزار را به صورت عمومی منتشر نمی‌کند و البته برای استفاده از این نرم‌افزار حتماً باید لایسنس آن را خریداری نمایید. در مقایل این نرم‌افزار، نرم‌افزار‌های رایگان (Open Source) در این حوزه نیز وجود دارد که از آن دسته می‌توان به نرم‌افزار OpenFoam اشاره کرد.
وظیفه و کار اصلی نرم‌افزار Fluent حل معادلات دیفرانسیلی است که برای مدل‌سازی مسائل فیزیکی (سیالاتی) توسط محققین ارائه شده است و به صورت تحلیلی قابل حل نیستند که این شیوه را Computational Fluid Dynamic یا سی اق دی یا CFD مینامند و از زیرمجموعه روش‌های عددی است. این نرم‌افزار به ما کمک می‌کند که معادلات پیچیده میدان‌های فیزیکی را حل کرده و به پاسخ‌های مورد نظر خود در کوتاه‌ترین زمان ممکن برسیم.

• قابلیت ها و کاربردهای نرم افزار فلوئنت

• حل‌گر Multiphase برای شبیه‌سازی جریان‌های چندفازی
• حل‌گر انرژی برای شبیه‌سازی تأثیرات دما و معادله انرژی
• حل‌گر Viscous برای شبیه‌سازی جریان آرام و آشفته
• حل‌گر Radiation مختص شبیه‌سازی تشعشع
• حل‌گر Heat Exchanger برای شبیه‌سازی مبدل‌های حرارتی
• حل‌گر Species برای شبیه‌سازی انتقال جرم
• حل‌گر Discrete Phase برای شبیه‌سازی جریان‌های چندفازی با فاز پراکنده
• حل‌گر Acoustic برای شبیه‌سازی اثرات صوتی
• حل‌گر Structure برای شبیه‌سازی سازه
• حل‌گر Potential/Li-ion Battery برای شبیه‌سازی میدان پتانسیل الکتریکی برای باتری‌های Li-ion
• حل‌گر Battery Model برای انتخاب و شبیه‌سازی فرایند الکتروشیمیایی در باتری ها

هرکدام از حل گرهای معرفی شده در قسمت بالا امکان انتخاب انواع مدل های علمی ارائه شده برای انجام شبیه سازی در دسته خود را دارا هستند. در کنار موارد ذکر شده نرم افزار انسیس فلوئنت (Ansys Fluent) به کتابخانه نسبتا جامعی از مواد دسترسی دارد که امکان انتخاب و استفاده سریع از این مواد را فراهم میکند. بای هرکدام از این مواد خواص مختلف فیزیکی ارائه شده است. علاوه بر این می توان در صورت عدم وجود یک ماده خاص در کتابخانه نرم افزار ماده جدید تعریف کرد. همچنین نرم افزار انسیس فلوئنت انواع شیوه ها و روش های حل مثل ضمنی و صریح، پایا و وابسته به زمان و انواع روش های گسسته سازی از مراتب مختلف را پشتیبانی می کند.

• راهنمای یادگیری و شروع به کار با Fluent

نرم افزار Fluent علارغم انبوه قابلیت های خود تنها یک عضو در مسیر انجام یک شبیه سازی کامل می باشد. به صورت کلی برای انجام یک شبیه سازی مراحل اصلی زیر باید طی شود:

1. تعریف و تعیین میدان محاسباتی و ایجاد هندسه
2. ایجاد شبکه/مش یا همان Mesh/grid مناسب بر روی هندسه ایجاد شده
3. شبیه سازی میدان در فلوئنت
4. بررسی نتایج یا Post Processing

به کمک نرم‌افزار فلوئنت می‌توان دوگام آخر را انجام داد. همچنین برای انجام مرحله ایجاد شبکه نرم‌افزار مکمل Fluent Meshing در کنار فلوئنت در سال‌های اخیر توسط شرکت انسیس ارائه شده است که امکان ایجاد شبکه سه بعدی را فراهم می‌نماید. با این حال نرم‌افزار فلوئنت امکان دریافت شبکه ایجاد شده در سایر نرم‌افزار‌ها را نیز دارا است. همچنین می‌توان نتایج ایجاد شده در این نرم‌افزار را برای تحلیل و بررسی بیشتر به نرم‌افزار‌های دیگری نظیر ANSYS CFD Post و ANSYS Ensight انتقال داد.

پس همانطور که حدس زده‌اید در کنار نرم‌افزار فلوئنت یادگیری و استفاده از نرم‌افزار‌های مکمل ضروری است و به انجام صیحیح شبیه‌سازی کمک بسیاری می‌نماید. برای هرکدام از مراحل بالا شرکت انسیس بسته‌های نرم‌افزاری مخصوصی ارائه کرده است. همچنین می‌توان از نرم‌افزار‌های سایر شرکت‌ها نیز استفاده کرد. برای نمونه در زیر به نرم‌افزار‌هایی که می‌توان برای هرکدام از مراحل بالا در کنار فلوئنت استفاده کرد می‌توان اشاره کرد:

• تعریف و تعیین میدان محاسباتی و ایجاد هندسه:

می توان از انواع نرم افزارهای CAD برای ایجاد هندسه استفاده کرد. برای نمونه می توان به نرم افزار CATIA و SolidWorks اشاره کرد. همچنین در قالب بسته نرم افزاری انسیس، نرم افزارهایی نظیر ANSYS DesignModeler و Ansys SpaceClaim برای ایجاد هندسه ارائه شده است.

برای فراگیری هرکدام از این نرم افزارها می توانید به آموزش های ارائه شده توسط درسواره مراجعه فرمایید. آموزش نرم افزار کتیا، آموزش نرم افزار سالیدورکس، آموزش نرم افزار ANSYS DesignModeler و آموزش نرم افزار ANSYS SpaceClaim را می توانید با کلیک بر روی لینک ها دریافت کنید.

• ایجاد شبکه/مش یا همان Mesh/grid مناسب بر روی هندسه ایجاد شده

برای تولید شبکه نیز می‌توان از ابزار‌ها و نرم‌افزار‌های زیرمجموعه انسیس همچون ANSYS ICEM CFD، نرم‌افزار ANSYS Gambit، نرم‌افزار ANSYS Meshing و همچنین نرم‌افزار Fluent Meshing استفاد کرد. همچنین نرم‌افزار‌هایی از شرکت دیگر برای این امر نیز وجود دارد که می‌توان از شبکه تولید در آن‌ها در نرم‌افزار فلوئنت استفاد کرد. از این دست نرم‌افزار‌ها می‌توان به نرم‌افزار GridPro، نرم‌افزار HyperMesh و نرم افزاز PointWise اشاره کرد.

آموزش های مرتبط با نرم افزارهای این بخش را نیز می توانید از درسواره تهیه نمایید، اگرچه برای انجام این مرحله نیز تنها به یکی از این نرم افزارها نیاز خواهید داشت. آموزش تولید شبکه در نرم افزار ANSYS ICEM CFD، آموزش مش زنی در نرم افزار ANSYS Meshing، آموزش نرم افزار Gambit و آموزش تولید شبکه و مش بندی در نرم افزار Fluent Meshing برای علاقمندان به این حوزه ارائه شده است.

• شبیه سازی میدان در فلوئنت

این مرحله نیز به صورت کامل در نزم افزار فلوئنت انجام می گیرد.

آموزش نرم افزار Fluent را از طریق این لینک می توانید تهیه کنید.

• بررسی نتایج یا Post Processing

برای انجام این مرحله نیز می‌توان از نرم‌افزار فلوئنت استفاده کرد. با این حال بررسی تکمیلی و پیشرفته‌تر نتایج را می‌توان در نرم‌افزار‌های مکمل نظیر ANSYS CFD Post و ANSYS EnSight انجام داد.

• نرم افزارهای جایگزین یا مشابه فلوئنت

حال که با نرم‌افزار فلوئنت و راهکار‌های یادگیری آن آشنا شده‌اید شاید بد نباشد که به برخی از نرم‌افزار‌های مشابه یا جایگزین این نرم‌افزار نیز در انتهای مقاله اشاره نماییم. اگرچه به صورت صددرصد نمی‌توان نرم‌افزار مشابه یا جایگزین برای این نرم‌افزار معرفی کرد، ولی با این حال نرم‌افزار‌هایی وجود دارند که با درصد بالایی می‌توان کاربرد‌های مشابه نرم‌افزار فلوئنت را از آن‌ها انتظار داشت. همانطور که اشاره شد از زیرمجموعه نرم‌افزار انسیس یک بسته شبیه ساز سیالات دیگر تحت عنوان نرم‌افزار ANSYS CFX نیز ارائه می‌شود که تا حد زیادی می‌تواند کاربرد‌های نرم‌افزار فلوئنت را انجام دهد. همچنین شرکت زیمنس نیز یک بسته نرم‌افزاری قوی در این حوزه به نام نرم‌افزار STARCCM+ ارائه می‌کند. علاوه بر این‌ها نرم‌افزار COMSOL نیز یک بسته شبیه‌سازی جامع مسائل فیزیکی است که تقریباً تمام کار‌های فلوئنت را انجام می‌دهد. البته باید اشاره کنیم که تمامی این نرم‌افزار‌ها نسبت به هم دارای نقاط قوت و ضعف هستند.

در آخر خبر خوب این که آموزش‌های مرتبط با این نرم‌افزار‌ها نیز در سایت درسواره ارائه شده است. شما می‌توانید برای یادگیری این نرم‌افزار‌ها به آموزش جامع نرم‌افزار COMSOL، آموزش نرم‌افزار استار سی سی‌ام STARCCM و آموزش نرم‌افزار سی اف ایکس CFX مراجعه فرمایید.