Tổng Quan Về CFD – (Phần 2 – Khái Niệm, Vai Trò Và ứng Dụng Thực ...

Trong bài viết này, tôi sẽ cố gắng trình bày ngắn gọn nội dung cụm từ viết tắt CFD. Cái nhìn tổng quan nhất về tầm quan trọng và những lĩnh vực mà CFD mang lại những giá trị vô cùng lớn. Xem xét rõ hơn về lĩnh vực mà nhóm vnCFD đang quan tâm — CFD trong cơ học chất lưu và thủy-khí động lực học.

Tổng quan về CFD

CFD — Computational Fluid Dynamics: Đây là một lĩnh vực khoa học sử dụng các phương pháp số kết hợp với công nghệ mô phỏng trên máy tính để giải quyết các bài toán liên quan đến các yếu tố chuyển động của môi trường, đặc tính lý hóa của các quá trình trong môi trường đang xét, đặc tính sức bền của môi trường, đặc tính nhiệt động, đặc tính động học, hay đặc tính động lực học hoặc khí động lực học, đặc tính lực, hoặc lực-mô ment và tương tác của các môi trường với nhau, … phụ thuộc vào từng đối tượng và phạm vi cụ thể của từng vấn đề, từng lĩnh vực khoa học mà CFD có thể ứng dụng được. Như vậy, CFD không chỉ đơn thuần là “Computational Fluid Dynamics” — khí động lực học tính toán — như cái tên ban đầu của nó.

CFD được phát triển, ứng dụng và mang lại hiệu quả cao trong các lĩnh vực cơ học môi trường chất lưu (khí, lỏng, plasma, …) và môi trường biến dạng, đàn hồi, … Trên thực tế, CFD được ứng dụng rộng rãi vào các ngành khoa học tiên tiến và công nghệ cao cũng như các ngành khoa học phục vụ dân sinh. Chẳng hạn, CFD được ứng dụng để mô phỏng về chuyển động của tàu vũ trụ với vận tốc siêu thanh và dòng chảy bao cũng như các yếu tố khí động tác dụng lên các vật thể bay nói chung. CFD được ứng dụng vào ngành Đại dương học để mô phỏng tìm quy luật các dòng biển nóng, lạnh và tác động của chúng lên khí hậu toàn cầu, … CFD được ứng dụng trong y tế để mô phỏng quá trình hoàn lưu máu ở hai vòng tuần hoàn, ảnh hưởng của các yếu tố bên trong, bên ngoài lên nhịp đập cũng như sức khỏe của nội tạng nói riêng, toàn bộ cơ thể nói chung, …

Thật khó có thể kể hết phạm vi ứng dụng của CFD. Dưới đây chúng ta chỉ liệt kê sơ qua những lĩnh vực nổi bật nhất mà CFD đóng vai trò như một công cụ hữu hiệu không thể thiếu để nghiên cứu, ứng dụng, cũng như phát triển chúng lên cấp độ công nghiệp, mang lại nhiều thành tựu rực rỡ nhất. Đó là:

• Cơ học chất lưu và thủy khí động lực học;
• Vật liệu học và sức bền vật liệu;
• Công nghiệp chế tạo máy;
• Ngành năng lượng nguyên tử;
• Ngành chế tạo ô tô;
• Công nghệ composite;
• Công nghiệp dầu khí;
• Ống dẫn;
• Va chạm và phá hủy;
• Phát triển ứng dụng khoa học công nghệ;
• Y học;
• Khí tượng;
• Sinh học;
• Sinh thái học;
• Và còn nhiều lĩnh vực khác nữa …

Lĩnh vực cơ học chất lưu và thủy-khí động lực học

Công nghệ CFD được áp dụng để nghiên cứu lĩnh vực thủy-khí động lực học rất sớm, và tên gọi CFD cũng bắt nguồn từ đây. Lĩnh vực thuộc ngành thủy khí động lực học sử dụng các phương pháp CFD được phát triển sớm, nhanh, rộng rãi, ngày càng nhanh và đạt nhiều thành tự vô cùng to lớn — Cơ học chất lưu và thủy-khí động lực học tính toán (CFD – Computational Fluid Dynamics), hay thường gọi ngắn gọn là khí động lực học tính toán hoặc đơn giản hơn là tính toán khí động.

Chúng ta phân tích cụ thể hơn về CFD (trong ngữ cảnh này hiểu là khí động lực học tính toán) trên phương diện ứng dụng, nghiên cứu và kiểm duyệt chất lượng.

Một số lĩnh vực ứng dụng công nghệ CFD thu được nhiều thành tựu lớn ngày nay:

• Mô phỏng trên máy tính dòng chảy bên trong các phần tử của kết cấu (tua-bin, máy nén, máy bơm, …);
• Xác định các đặc tính khí-(không khí) thủy động lực học của cánh quạt, máy bơm và máy nén;
• Mô phỏng trên máy tính các dòng chảy bao quanh vật thể bay ở chế độ dưới âm thanh, lân cận âm thanh, siêu âm và siêu thanh;
• Xác định các đặc tính khí động lực của ô tô, máy bay, và các kết cấu xây dựng;
• Xác định phụ tải của gió lên các chi tiết xây dựng dân sinh và công nghiệp;
• Mô phỏng trên máy tính các quá trình chảy đa pha hoặc môi trường đa cấu tử;
• Lời giải số các bài toán liên hợp về truyền nhiệt, truyền vật chất.

Công nghiệp hàng không vũ trụ
	• Mô phỏng dòng chảy bao các phương tiện bay, biên dạng cánh trong dòng chảy dưới âm thanh, lân cận âm thanh, siêu âm và siêu thanh; • Xác định các đặc tính khí động lực học.

Ngành công gnhiệp chế tạo ô tô
	• Mô phỏng trên máy tính dòng chảy bao ngoài vỏ ô tô; • Xác định hệ số ma sát mặt sườn; • Mô phỏng trên máy tính quá trình điều hòa cho sa-lông; • Mô phỏng trên máy tính quá trình làm việc của hệ thống thải khí và làm lạnh. Tham khảo thêm …

Ngành chế tạo máy
	• Các hệ thống thủy tốc và khí tốc áp; • Van, khóa van, van tiết lưu; • Dòng chảy trong các gói ống dẫn; • Sự thoát khí từ ống xả; • Mô phỏng quá trình ăn mòn. Tham khảo thêm …

Ngành công nghiệp dầu khí
	• Mô phỏng chuyển động của dầu và khí trong các ống dẫn; • Mô phỏng hoạt động của các trạm bơm; • Xác định các đặc tính thủy lực; • Dòng chảy với tạp chất. Tham khảo thêm …

Xây dựng
	• Tính toán phụ tải gió lên nhà cửa và các phần tử kết cấu; • Mô phỏng họat động của đê kè và các công trình che chắn; • Thông gió và điều hòa trong các công trình; • Dòng chảy trong các ống dẫn.

Năng lượng nguyên tử
	• Đảm bảo độ tin cậy và an toàn sử dụng các trang thiết bị cơ nhiệt điện khi tăng công suất các cụm phát điện của nhà máy điện hạt nhân. Tham khảo thêm …

Kiểm tra (Verification) và kiểm duyệt (Validataion) các mô hình số và kết quả phân tích CFD

Sử dụng CFD một cách hợp lý và chuyên môn cao ta có thể thu được lời giải đáng tin cậy của nhiều bài toán “kinh điển”, có giá trị và ý nghĩa thiết thực trong nhiều lĩnh vực ứng dụng như công nghiệp chế tạo ô tô, chế tạo tên lửa và kỹ thuật vũ trụ, … Đây là những lĩnh vực mà thực nghiệm ở điều kiện tự nhiên là vô cùng phức tạp và đắt đỏ, dường như là không thể. CFD chính là giải pháp hữu hiệu và tối ưu.

Bài toán cổ điển về dòng chảy rối chảy bao hình trụ. Kiểm duyệt kết quả mô phỏng CFD. Profile hệ số áp suất.	Mô phỏng bằng phương pháp số chảy bao hình trụ với các giá trị số Re khác nhau. Kiểm duyệt kết quả CFD. Hệ số lực cản.

Kiểm duyệt mô hình tính toán và kết quả mô phỏng CFD cho máy bơm ly tâm	Kiểm duyệt kết quả mô phỏng CFD dòng chảy siêu thành (số Mach M=3 .. 14). Hệ số lực cản khí động.

Tham khảo 1. Trang web-site của phòng thí nghiệm cơ học tính toán CompMechLab

Các bạn quan tâm có thể download nội dung ở đây.

Chia sẻ:

• Twitter
• Facebook

Thích Đang tải...

Có liên quan