CFD

சரி, இதோ "CFD" (Computational Fluid Dynamics) என்ற தலைப்பில் ஒரு தொடக்கநிலை தமிழ் கட்டுரை, MediaWiki 1.40-க்கு ஏற்றவாறு வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. பைனரி ஆப்ஷன் நிபுணராக, இந்தத் துறையின் நுணுக்கங்களை முழுமையாகப் புரிந்துகொண்டு, அதை எளிமையாக விளக்கும் முயற்சியாக இந்தக் கட்டுரை அமையும்.

CFD - கணக்கீட்டு திரவ இயக்கவியல்

CFD (Computational Fluid Dynamics) என்பது திரவங்கள் (வாயுக்கள் மற்றும் திரவங்கள்) மற்றும் அவற்றின் இயக்கத்தை கணித மாதிரிகள் மற்றும் எண்முறை முறைகளைப் பயன்படுத்தி ஆய்வு செய்யும் ஒரு துறை ஆகும். பொறியியல் மற்றும் அறிவியல் துறைகளில் சிக்கலான திரவ இயக்கவியல் பிரச்சனைகளைத் தீர்க்க இது ஒரு சக்திவாய்ந்த கருவியாக விளங்குகிறது.

CFD-யின் அடிப்படைகள்

திரவ இயக்கவியல் என்பது திரவங்களின் இயக்கத்தைப் பற்றிய ஆய்வு ஆகும். இது இயற்பியலின் ஒரு முக்கிய பிரிவு. நீர்ம இயக்கவியல் மற்றும் வாயு இயக்கவியல் ஆகியவை திரவ இயக்கவியலின் இரண்டு முக்கிய பிரிவுகள். CFD இந்த அடிப்படைக் கொள்கைகளை அடிப்படையாகக் கொண்டு, கணினி நிரல்களின் மூலம் திரவங்களின் நடத்தையை உருவகப்படுத்துகிறது.

• கணித மாதிரிகள்: திரவ இயக்கவியலின் அடிப்படைச் சமன்பாடுகள் (நாவியர்-ஸ்டோக்ஸ் சமன்பாடுகள் போன்றவை) கணித மாதிரிகளாக உருவாக்கப்படுகின்றன.
• எண்முறை முறைகள்: இந்த சமன்பாடுகளை கணினிக்கு புரியும் வகையில் மாற்ற, எண்முறை முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. வரையறுக்கப்பட்ட வேறுபாடு முறை, வரையறுக்கப்பட்ட கன அளவு முறை, மற்றும் வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு முறை ஆகியவை பொதுவான எண்முறை முறைகள் ஆகும்.
• கணினி தீர்வு: எண்முறை முறைகளைப் பயன்படுத்தி, கணினிகள் திரவ இயக்கவியல் சமன்பாடுகளுக்கு தீர்வு காண்கின்றன.

CFD-யின் பயன்பாடுகள்

CFD பலதரப்பட்ட துறைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. சில முக்கிய பயன்பாடுகள்:

• விமானவியல் பொறியியல்: விமானங்களின் வடிவமைப்பு, ஏரோடைனமிக் பண்புகளை மேம்படுத்துதல், மற்றும் விமானத்தின் செயல்திறனை ஆய்வு செய்தல்.
• தானுந்து பொறியியல்: வாகனங்களின் வடிவமைப்பு, காற்றுத் தடை குறைத்தல், மற்றும் எரிபொருள் செயல்திறனை அதிகரித்தல்.
• கட்டிடக்கலை பொறியியல்: கட்டிடங்களின் வடிவமைப்பில் காற்று சுழற்சி, வெப்ப பரிமாற்றம், மற்றும் காற்றோட்டம் ஆகியவற்றை ஆய்வு செய்தல்.
• வேதியியல் பொறியியல்: இரசாயன கலவைகளின் கலவை, வினைத்திறன் மற்றும் வெப்ப பரிமாற்றம் ஆகியவற்றை ஆய்வு செய்தல்.
• உயிர் மருத்துவ பொறியியல்: இரத்த ஓட்டம், சுவாச அமைப்பு மற்றும் செயற்கை உறுப்புகளின் வடிவமைப்பை ஆய்வு செய்தல்.
• சுற்றுச்சூழல் பொறியியல்: மாசு பரவுதல், நீர் மாசுபாடு மற்றும் காற்று மாசுபாட்டை ஆய்வு செய்தல்.
• வானிலை முன்னறிவிப்பு: வளிமண்டலத்தின் இயக்கத்தை உருவகப்படுத்தி வானிலை முன்னறிவிப்புகளை துல்லியமாக்குதல்.
• எரிசக்தி துறை: புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அமைப்புகளான காற்றாலைகள் மற்றும் நீர்மின் நிலையங்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்துதல்.

CFD செயல்முறை

CFD பகுப்பாய்வு பொதுவாக மூன்று முக்கிய நிலைகளைக் கொண்டுள்ளது:

1. முன் செயலாக்கம் (Pre-processing):

   *   வடிவமைப்பு உருவாக்கம்: பகுப்பாய்வு செய்ய வேண்டிய பொருளின் CAD மாதிரி உருவாக்கப்படுகிறது.
   *   வலைப்பின்னல் உருவாக்கம் (Meshing): பொருள் சிறிய கூறுகளாக (cells) பிரிக்கப்படுகிறது. இந்த கூறுகளின் தொகுப்பு வலைப்பின்னல் (mesh) என்று அழைக்கப்படுகிறது. வலைப்பின்னலின் தரம் முடிவுகளின் துல்லியத்தை பாதிக்கும்.
   *   எல்லை நிபந்தனைகள் (Boundary Conditions): திரவத்தின் உள்ளீடு, வெளியீடு, வேகம், அழுத்தம் மற்றும் வெப்பநிலை போன்ற எல்லை நிபந்தனைகள் வரையறுக்கப்படுகின்றன.
   *   பௌதீக பண்புகள்: திரவத்தின் அடர்த்தி, பாகுத்தன்மை போன்ற பௌதீக பண்புகள் உள்ளிடப்படுகின்றன.

2. தீர்வுக் காணல் (Solving):

   *   கணினி நிரல், வரையறுக்கப்பட்ட எல்லை நிபந்தனைகள் மற்றும் பௌதீக பண்புகளைப் பயன்படுத்தி திரவ இயக்கவியல் சமன்பாடுகளைத் தீர்க்கிறது.
   *   இந்த கட்டத்தில், திரவத்தின் வேகம், அழுத்தம், வெப்பநிலை மற்றும் அடர்த்தி போன்ற மாறிகள் ஒவ்வொரு கூறுக்கும் கணக்கிடப்படுகின்றன.

3. பின் செயலாக்கம் (Post-processing):

   *   கணக்கிடப்பட்ட முடிவுகள் காட்சிப்படுத்தப்படுகின்றன. கிராஃபிக்ஸ், கான்டூர் வரைபடங்கள் மற்றும் வெக்டர் வரைபடங்கள் போன்ற கருவிகள் முடிவுகளைப் புரிந்துகொள்ள உதவுகின்றன.
   *   முடிவுகளை பகுப்பாய்வு செய்து, வடிவமைப்பு மேம்பாடுகளுக்கு பரிந்துரைகள் வழங்கப்படுகின்றன.

CFD-யில் பயன்படுத்தப்படும் எண்முறை முறைகள்

பல எண்முறை முறைகள் CFD-யில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அவற்றில் சில முக்கியமானவை:

• வரையறுக்கப்பட்ட வேறுபாடு முறை (Finite Difference Method): இது திரவ இயக்கவியல் சமன்பாடுகளை பகுதி வகைக்கெழுக்களாக (partial derivatives) அணுகி, அவற்றை எண்முறை சமன்பாடுகளாக மாற்றுகிறது.
• வரையறுக்கப்பட்ட கன அளவு முறை (Finite Volume Method): இது பாதுகாப்பு சமன்பாடுகளை அடிப்படையாகக் கொண்டது மற்றும் ஒவ்வொரு கட்டுப்பாட்டு கன அளவிலும் (control volume) சமன்பாடுகளைத் தீர்க்கிறது. இது மிகவும் பிரபலமான முறையாகும்.
• வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு முறை (Finite Element Method): இது சிக்கலான வடிவங்களுக்கு ஏற்றது மற்றும் கட்டமைப்புக் கூறுகளை பகுப்பாய்வு செய்யப் பயன்படுகிறது.
• ஸ்பெக்ட்ரல் முறை (Spectral Method): இது துல்லியமான தீர்வுகளை வழங்குகிறது, ஆனால் சிக்கலான வடிவங்களுக்கு ஏற்றதல்ல.
• லக்ராஞ்சியன் முறை (Lagrangian Method): இது திரவத்தின் துகள்களைக் கண்காணித்து அவற்றின் இயக்கத்தை ஆய்வு செய்கிறது.

CFD மென்பொருள் தொகுப்புகள்

சந்தையில் பல CFD மென்பொருள் தொகுப்புகள் கிடைக்கின்றன. அவற்றில் சில பிரபலமானவை:

• ANSYS Fluent: பல்துறை பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்ற ஒரு சக்திவாய்ந்த மென்பொருள்.
• STAR-CCM+: சிக்கலான வடிவங்கள் மற்றும் பலபடியா இயக்கவியலுக்கு (multi-physics) சிறந்தது.
• OpenFOAM: திறந்த மூல (open-source) மென்பொருள், இது பயனர்களுக்கு அதிக நெகிழ்வுத்தன்மையை வழங்குகிறது.
• COMSOL Multiphysics: பலபடியா பிரச்சனைகளை தீர்க்கும் திறன் கொண்டது.
• SimScale: கிளவுட் அடிப்படையிலான CFD தீர்வு, இது பயனர்களுக்கு இணைய இணைப்பு மூலம் பகுப்பாய்வு செய்ய உதவுகிறது.

CFD-யின் நன்மைகள் மற்றும் வரம்புகள்

நன்மைகள்:

• செலவு குறைவு: உண்மையான சோதனைகளை விட CFD பகுப்பாய்வு பொதுவாக குறைவான செலவுடையது.
• நேர சேமிப்பு: CFD பகுப்பாய்வு விரைவாக முடிவுகளை வழங்குகிறது, இது வடிவமைப்பு சுழற்சியை துரிதப்படுத்துகிறது.
• பாதுகாப்பு: ஆபத்தான அல்லது அணுக முடியாத சூழ்நிலைகளை உருவகப்படுத்த CFD பயன்படுகிறது.
• விரிவான தரவு: CFD பகுப்பாய்வு திரவ இயக்கவியல் பற்றி விரிவான தரவுகளை வழங்குகிறது.

வரம்புகள்:

• துல்லியத்தன்மை: CFD முடிவுகள், பயன்படுத்தப்படும் கணித மாதிரிகள், எண்முறை முறைகள் மற்றும் வலைப்பின்னலின் தரம் ஆகியவற்றைப் பொறுத்து மாறுபடலாம்.
• கணினி திறன்: சிக்கலான பிரச்சனைகளுக்கு அதிக கணினி திறன் தேவைப்படலாம்.
• பயனர் நிபுணத்துவம்: CFD பகுப்பாய்வைச் செய்ய அனுபவம் மற்றும் நிபுணத்துவம் தேவை.
• மாதிரி உருவாக்கம்: துல்லியமான முடிவுகளைப் பெற சரியான கணித மாதிரியைத் தேர்ந்தெடுப்பது முக்கியம்.

CFD-யின் எதிர்காலம்

CFD தொடர்ந்து வளர்ந்து வரும் ஒரு துறை. எதிர்காலத்தில், அதிவேக கணினிகள் (high-performance computing), இயந்திர கற்றல் (machine learning) மற்றும் செயற்கை நுண்ணறிவு (artificial intelligence) போன்ற தொழில்நுட்பங்கள் CFD-யின் திறனை மேலும் மேம்படுத்தும். குறிப்பாக, பெரிய தரவு பகுப்பாய்வு மற்றும் நிகழ்நேர உருவகப்படுத்துதல்கள் (real-time simulations) CFD-யில் முக்கிய பங்கு வகிக்கும்.

தொடர்புடைய இணைப்புகள்

• திரவ இயக்கவியல்
• நாவியர்-ஸ்டோக்ஸ் சமன்பாடுகள்
• நீர்ம இயக்கவியல்
• வாயு இயக்கவியல்
• ஏரோடைனமிக்
• காற்றுத் தடை
• புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல்
• CAD
• கான்டூர் வரைபடங்கள்
• வெக்டர் வரைபடங்கள்
• வரையறுக்கப்பட்ட வேறுபாடு முறை
• வரையறுக்கப்பட்ட கன அளவு முறை
• வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு முறை
• ஸ்பெக்ட்ரல் முறை
• லக்ராஞ்சியன் முறை
• எல்லை நிபந்தனைகள்
• வலைப்பின்னல் உருவாக்கம்
• கிராஃபிக்ஸ்
• நீர் மாசுபாடு
• வினைத்திறன்

தொடர்புடைய உத்திகள், தொழில்நுட்ப பகுப்பாய்வு மற்றும் அளவு பகுப்பாய்வு

• உருவகப்படுத்துதல் (Simulation)
• உகப்பாக்கம் (Optimization)
• துல்லியத்தன்மை பகுப்பாய்வு (Accuracy Analysis)
• உணர்திறன் பகுப்பாய்வு (Sensitivity Analysis)
• சரிபார்ப்பு மற்றும் சரிபார்த்தல் (Verification and Validation)
• பல்லுறுப்பு விரிவாக்கம் (Polynomial Expansion)
• பிழை மதிப்பீடு (Error Estimation)
• சீரான வலைப்பின்னல் (Structured Mesh)
• சீரற்ற வலைப்பின்னல் (Unstructured Mesh)
• அடாப்டிவ் வலைப்பின்னல் சுத்திகரிப்பு (Adaptive Mesh Refinement)
• நேர ஒருங்கிணைப்பு (Time Integration)
• இடைவெளி ஒருங்கிணைப்பு (Spatial Discretization)
• சமன்பாடு தீர்வு முறைகள் (Equation Solvers)
• டர்புலன்ஸ் மாடலிங் (Turbulence Modeling)
• வெப்ப பரிமாற்ற பகுப்பாய்வு (Heat Transfer Analysis)

இந்த கட்டுரை CFD பற்றிய ஒரு தொடக்க நிலை அறிமுகத்தை வழங்குகிறது. மேலும் தகவலுக்கு, தொடர்புடைய இணைப்புகளைப் பார்க்கவும்.

இப்போது பரிவர்த்தனையை தொடங்குங்கள்

IQ Option-ல் பதிவு செய்யவும் (குறைந்தபட்ச டெபாசிட் $10) Pocket Option-ல் கணக்கு திறக்கவும் (குறைந்தபட்ச டெபாசிட் $5)

எங்கள் சமூகத்தில் சேருங்கள்

எங்கள் Telegram சேனலுக்கு சேர்ந்து @strategybin பெறுங்கள்: ✓ தினசரி பரிவர்த்தனை சமிக்ஞைகள் ✓ சிறப்பு உத்திகள் மற்றும் ஆலோசனைகள் ✓ சந்தை சார்ந்த அறிவிப்புகள் ✓ தொடக்க அடிப்படையிலான கல்வி பொருட்கள்