انجام پروژه اتودسک سیمیولیشن سی اف دی Autodesk Simulation CFD

اساس اساسی تقریباً تمام مشکلات CFD معادلات Navier-Stokes است که بسیاری از جریانهای مایع تک فاز (گاز یا مایع ، اما نه هر دو) را تعریف می کنند. این معادلات را می توان با از بین بردن اصطلاحات توصیف اقدامات چسبناک برای به دست آوردن معادلات اویلر ساده کرد. ساده سازی بیشتر ، با از بین بردن اصطلاحات توصیف گرداب ، معادلات کامل بالقوه را به همراه دارد. سرانجام ، برای آشفتگی های کوچک در جریانهای فرعی و مافوق صوت (نه ترانسونی یا فراتر از حد) این معادلات را می توان به صورت خطی انجام داد تا معادلات بالقوه خطی را بدست آورد.

از لحاظ تاریخی ، روش ها برای حل معادلات پتانسیل خطی ساخته شده است. در دهه 1930 روشهای دو بعدی (2D) با استفاده از دگرگونی های کنفورماسیونی جریان در مورد یک سیلندر به جریان اطراف یک فویل هوا طراحی شده اند.

یکی از اولین نوع محاسبات شبیه به CFD مدرن ، مواردی است که لوئیس فر ریچاردسون به آن معنا داده است ، به این معنا که در این محاسبات از اختلافات محدود استفاده شده و فضای بدنی را در سلولها تقسیم می کند. اگرچه آنها به طرز چشمگیری شکست خوردند ، این محاسبات ، همراه با کتاب “پیش بینی آب و هوا توسط فرآیند عددی” ریچاردسون ، پایه و اساس CFD مدرن و هواشناسی عددی را پایه گذاری کرد. در حقیقت ، محاسبات اولیه CFD در دهه 1940 با استفاده از ENIAC از روشهای نزدیک به کسانی که در کتاب سال 1922 ریچاردسون استفاده می کردند ، استفاده می کردند.

قدرت رایانه در دسترس است که روش های سه بعدی را توسعه می دهد. احتمالاً اولین کار با استفاده از رایانه ها برای مدل سازی جریان سیال ، همانطور که توسط معادلات Navier-Stokes اداره می شود ، در آزمایشگاه ملی Los Alamos ، در گروه T3 انجام شد.  این گروه توسط Francis H. Harlow هدایت می شد ، که به عنوان یکی از پیشگامان CFD در نظر گرفته می شود. از سال 1957 تا اواخر دهه 1960 ، این گروه روشهای عددی متنوعی را برای شبیه سازی جریانهای مایع دو بعدی گذرا ، مانند روش ذرات در سلول (هارلو ، 1957) ،  روش سلولی درون سلول (جنری ، مارتین) ایجاد کرد. و دالی ، 1966) ،  روش عملکرد جریان گرداب (جیک فروم ، 1963) ،  و روش مارکر و سلولی (هارلو و ولچ ، 1965).  روش عملکرد تابش جریان از Fromm برای جریان 2D ، گذرا و غیرقابل فشرده اولین درمان جریانهای غیرقابل فشار به شدت درهم تنیده در جهان است.

اولین مقاله با مدل سه بعدی توسط جان هس و A.M.O منتشر شد. اسمیت هواپیمای داگلاس در سال 1967.  این روش سطح هندسه را با پانل ها گسسته می کند و باعث می شود این کلاس از برنامه ها با نام Panel Methods شناخته شوند. روش آنها به خودی خود ساده شده است ، به این ترتیب که شامل جابجایی جابجایی نمی شود و از این رو عمدتاً برای بدنه کشتی و بدنه هواپیما استفاده می شد. اولین بار پانل بالابری (A230) در مقاله ای که توسط Paul Rubbert و Gary Saaris از هواپیماهای بوئینگ در سال 1968 نوشته شده است ، شرح داده شده است.  با گذشت زمان ، کدهای پانل سه بعدی پیشرفته تر در Boeing (PANAIR ، A502) ،  Lockheed (Quadpan) ،  داگلاس (HESS) ،  هواپیمای McDonnell (MACAERO) ،  NASA ( PMARC)  و روشهای تحلیلی (WBAERO ،  USAERO  و VSAERO ). بعضی از آنها (PANAIR ، HESS و MACAERO) با استفاده از توزیع سفارشات بالاتر از تکین های سطح ، کدهای مرتبه بالاتری بودند ، و برخی دیگر (Quadpan ، PMARC ، USAERO و VSAERO) از تکین های منفرد در هر صفحه استفاده کردند. مزیت کدهای مرتبه پایین این بود که آنها خیلی سریعتر روی رایانه های زمان اجرا می شدند. امروز ، VSAERO به یک کد چند منظوره تبدیل شده است و پرکاربردترین برنامه این کلاس است. این گیاه در توسعه بسیاری از زیردریایی ها ، کشتی های سطحی ، اتومبیل ها ، هلیکوپترها ، هواپیماها و اخیراً توربین های بادی مورد استفاده قرار گرفته است. کد خواهر آن ، USAERO یک روش پانل ناپایدار است که برای مدل سازی مواردی مانند قطارهای پر سرعت و قایق بادبانی نیز استفاده می شود. کد ناسا PMARC از نسخه اولیه VSAERO و مشتق PMARC با نام CMARC ،  نیز از نظر تجاری موجود است.

در قلمرو دو بعدی ، تعدادی کد پانل برای آنالیز و طراحی ایرفویل تولید شده است. کدها به طور معمول دارای یک تجزیه و تحلیل لایه مرزی هستند ، به طوری که می توان جلوه های چسبناک مدل سازی کرد. پروفسور ریچارد اپلر از دانشگاه اشتوتگارت کد PROFILE را تا حدودی با بودجه ناسا تهیه کرد که در اوایل دهه 1980 در دسترس بود.  این به زودی با کد XFOIL پروفسور MIT ، مارک درلا دنبال شد.  هر دو PROFILE و XFOIL کدهای پانل دو بعدی را با کد های لایه مرزی همراه برای کار تجزیه و تحلیل هوا ترکیب می کنند. PROFILE از یک روش دگرگونی کنفورماسیونی برای طراحی ایرفویل فاضلاب معکوس استفاده می کند ، در حالی که XFOIL هم دارای یک تغییر شکل کنفورماسی و هم یک روش پانل معکوس برای طراحی ایرفویل است.

یک مرحله واسط بین کدهای پنل و کدهای کامل پتانسیل کدهایی بودند که از معادلات آشفتگی کوچک ترانسونی استفاده می کردند. به طور خاص ، کد سه بعدی WIBCO ،  که توسط چارلی بوپ از هواپیمای گرومن در اوایل دهه 1980 ایجاد شده است ، استفاده سنگینی را مشاهده کرده است.

توسعه دهندگان به کدهای کامل پتانسیل روی آوردند ، زیرا روش های پانل نمی توانند جریان غیرخطی موجود در سرعت ترانسونیک را محاسبه کنند. اولین توصیف وسیله ای برای استفاده از معادلات پتانسیل کامل توسط ارل مورمن و جولیان کول از بوئینگ در سال 1970 منتشر شد.  Frances Bauer ، Paul Garabedian و David Korn از انستیتوی کورانت در دانشگاه نیویورک (NYU) مجموعه ای از کدهای هوایی دو بعدی کامل پتانسیل هوا را که به طور گسترده استفاده می شدند ، نوشتند که مهمترین آنها برنامه H. است.  رشد بیشتر برنامه H توسط باب ملکن و گروه وی در هوافضای گرمن به عنوان Grumfoil ایجاد شد.  آنتونی جیمسون ، در اصل در هواپیماهای گرومن و موسسه کورانت NYU ، با دیوید کوگی برای تهیه کد مهم کامل سه بعدی کامل پتانسیل FLO22  در سال 1975 همکاری کرد. بسیاری از کدهای کامل بالقوه پس از این پدید آمدند که به اوج خود رسیدند و به بوینینگ Tranair (A633) کد ،  که هنوز استفاده سنگین را می بیند.

قدم بعدی معادلات اویلر بود که قول ارائه راه حل های دقیق تر جریانهای ترانسونی را ارائه می داد. متدولوژی مورد استفاده جیمسون در کد FLO57 سه بعدی خود  (1981) توسط دیگران برای تولید برنامه هایی از جمله برنامه TEAM لاکهید  و برنامه MGAERO IAI / Analytical Methods استفاده شده است.  MGAERO به دلیل داشتن یک شبکه مشبک دکارتی ساختار یافته منحصر به فرد است ، در حالی که اکثر چنین کدهای دیگری از شبکه های متناسب با بدنه استفاده می کنند (به استثنای کد Cart3D بسیار موفق ناسا ، کد  Lockheed’s SPLITFLOW و Georgia Tech’s NASCART-GT).  آنتونی جیمسون همچنین کد AIRPLANE سه بعدی  را ایجاد کرد که از شبکه های چهار ضلعی ساختاری نشده استفاده می کرد.

در قلمرو دو بعدی ، مارک درلا و مایکل گیلز ، سپس دانشجویان فارغ التحصیل در MIT ، برنامه ISES Euler  (در واقع مجموعه ای از برنامه ها) را برای طراحی و تجزیه و تحلیل ایرفیل تهیه کردند. این کد برای اولین بار در سال 1986 در دسترس قرار گرفت و بیشتر به منظور طراحی ، تجزیه و تحلیل و بهینه سازی هواپیماهای یک یا چند عنصر به عنوان برنامه MSES تهیه شده است.  MSES استفاده گسترده ای را در سراسر جهان مشاهده می کند. مشتق شده ای از MSES ، برای طراحی و تجزیه و تحلیل فویل های هوا در یک آبشار ، MISES است ،  که توسط دانشجو فارغ التحصیل در MIT توسط هارولد “Guppy” ساخته شد.

معادلات Navier-Stokes هدف نهایی توسعه بودند. کدهای دو بعدی مانند کد ARC2D NASA Ames برای اولین بار پدیدار شدند. تعدادی کد سه بعدی تهیه شده است (ARC3D ، OVERFLOW ، CFL3D سه سهم موفق NASA هستند) که منجر به بسته های تجاری متعددی می شوند.