شبیه سازی و سیمولیشن جریان سطح مایع

یکی از روش هایی که در علوم مهندسی و برای پیش بینی شرایط به وجود آمده در محیط مورد استفاده قرار می گیرد، شبیه سازی یا سیمولیشن(Simulation) است. شبیه سازی انواع مختلفی دارد و در حوزه هایی مانند مهندسی مکانیک، مهندسی برق، مهندسی پزشکی، ایمنی و غیره کاربرد دارد.

هدف اصلی از شبیه سازی، پیش بینی نحوه رفتار سیستم در یک شرایط مشخص است. به کمک نتایج و خروجی های تحلیل می توانیم از وضعیت یک سیستم در شرایط مورد نظر اطلاع پیدا کرده و در صورت مشاهده ضعف یا مشکل، با کمترین هزینه ممکن سیستم یا دستگاه را اصلاح کنیم.

آنالیز و شبیه سازی یکی از روش های کم کردن هزینه های طراحی و ساخت پروتوتایپ است

به عنوان مثال زمانیکه شرکتی یک محصول جدید تولید می کند، قبل از اینکه محصول را وارد بازار کند، با کمک نرم افزار های مرتبط، شبیه سازی و سیمولیشن های متنوعی را بر روی محصول انجام می دهد و طراحی محصول را بهینه می کند. در غیر این صورت ممکن است محصول پس از ورود به بازار دچار مشکلات و ایرادهای فراوانی شود و به اعتبار شرکت تولید کننده لطمه وارد کند.

سیمولیشن حرکت آب در کانال باز

 Free-surface simulation and modeling

یکی از انواع شبیه سازی، شبیه سازی و سیمولیشن سیالات و انتقال حرارت می باشد که به CFD -Computational fluid dynamics نیز مشهور است. در شبیه سازی های سیالاتی رفتار مایع یا گاز در محیط پیش بینی می گردد. از جمله مواردی که در تحلیل سیالات و انتقال حرارت به دست می آید می توان به فشار، دما، سرعت و نحوه حرکت سیال اشاره کرد. شبیه سازی های سطح آزاد مایع نیز زیر مجموعه تحلیل و شبیه سازی سی اف دی است.

تحلیل و مدلسازی نحوه حرکت مایع مانند آب در داخل کانال ها و محفظه هایی که سطح مایع با هوا در ارتباط است به شبیه سازی جریان دو فازی یا سطح آزاد (free surface modeling) معروف است. پیچیده بودن این نوع سیمولیشن بیشتر به خاطر این است که فرم هندسی سطح آب یا سیال های دیگر بر اثر حرکت، جابجایی و سایر عوامل تغییر می کند.

نمونه شبیه سازی و مدلسازی جریان آب در داخل کانال روباز یا مسیل

به این ترتیب سیمولیشن و شبیه سازی نحوه حرکت سیال به زمان وابسته است و به این نوع شبیه سازی ها Time transient simulation گفته می شود. در این روش سیمولیشن، زمان شبیه سازی مشخص می شود و بر خلاف شبیه سازی های Steady State، نتیجه سیمولیشن مربوط به شرایط پایدار نیست. به عنوان مثال در شبیه سازی نحوه تخلیه آب از پشت یک مخرن، می توان هندسه سطح آب را در مدت زمان مشخص شبیه سازی کرد. یکی دیگر از موارد سیمولیشن مایعات و سیالات در این حالت، شدت و نحوه ضربه و تکانه مایع بر دیواره های مخزن در تکان های جانبی است. نمونه این نوع شبیه سازی، نیروی وارد از مایع و سیال به داخل بدنه تانکر حمل است.