Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) ve Uygulamaları

Herkese merhabalar, bu yazıda sizlere Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) veya daha çok bilinen adı ile Computational Fluid Dynamics (CFD) konusu ile ilgili temel bilgiler vermeye çalışacağım. Son zamanlarda ilerleyen teknoloji ile simülasyon çalışmaları önem kazandı. Bununla beraber şirketler de işe alım yaparken bu tarz yazılımların ve uygulamaların kullanımına daha fazla dikkat etmeye başladı. Peki tam olarak HAD nedir? Tarihi 1930’lu yıllara dayanan HAD sadece matematik ile kalmayıp bilgisayar bilimini ve akışkanlar mekaniği disiplinini içeren yeni bir alandır.

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ve İlişkili Diğer Disiplinler

Akışkanlar mekaniği akışkanın durağan ve hareketli durumlarını inceler. Bu durumların arkasında bilindiği gibi akışın hareket karakteristiğini belirleyen matematiksel denklemler vardır. Matematiksel denklemleri çözmek adına yüksek seviye programlama dilleri kullanılarak bilgisayar programları veya yazılım paketleri kullanılmaktadır. “Hesaplamalı” bölümünün tanımı kısaca akışkan çalışmalarının, yüksek hızlı bilgisayarlarda programlar veya yazılım paketleri içeren nümerik simülasyonlar ile gerçekleşmesidir [1]. 

Akışkanlar Dinamiği ve Isı Transferi Problemleri Çözmek İçin Üç Temel Yaklaşım

Hesaplama veya çalışmalarda üç yoldan sonuç elde edebiliriz. Bunlar

• Deneysel Akışkanlar Dinamiği
• Teorik Akışkanlar Dinamiği
• Nümerik : Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği, akış, ısı transferi, kütle transferi, kimyasal reaksiyonlar ve ilgili konuların bilgisayar yardımı ile matematiksel denklemler çözerek tahmin edilmesini sağlayan bilimdir.  En çok kullanılan ticari HAD yazılımları, [2]

• Fluent (İngiltere ve Amerika)
• CFX ( İngiltere ve Kanada)
• CFD++ (Amerika)
• Star CD (İngiltere)
• Polyflow (Belçika)
• Flow 3D (Amerika)
• FLACS (Norveç)
• SCRYU (Japonya)
• Siemens PLM (Almanya)

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Avantajları

Hesaplamalı akışkanlar dinamiğini değerlendirdiğimizde birçok avantajı bulunmaktadır. [2]

• Düşük Maliyetli
  • Deneyler ve testler maliyetli olacağından analizleri HAD ile gerçekleştirmek çok daha uygun. Örneğin uçak tasarımında, 1 saat HAD maliyeti 1000$, 1 saat rüzgar tüneli maliyeti 10000$, 1 saat uçuş test maliyeti 100000$.
• Hızlı
  • Testlerin planlanıp yapılması günler sürebiliyorken HAD problemlerde çok daha kısa sürede çözüm elde etmemizi sağlıyor.
• Gerçek ve İdeal Koşulları Simule Etme Olanağı
  • Birçok akış ve ısı transfer mekanizmaları kolayca test edilemeyebilir. Örnek olarak hipersonik akışı verebiliriz. Ancak HAD bize hangi fiziksel durumda olursak olalım nümerik olarak sonuç imkanı vermektedir.
• Kapsamlı Bilgi Sağlar
  • Deneylerde genellikle belli bölgelerden ölçüm alıp sonuç elde edebilirken HAD bu konuda çok daha geniş imkanlar sunarak sonuca hızlı gitmemizi sağlar.

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği Kullanım Alanları

• Araştırma, Eğitim ve Tasarım Aracı
• Havacılık ve Uzay
• Otomotiv Mühendisliği
• Biyomedikal Bilim ve Mühendislik
• Kimyasal ve Mineral İşleme
• İnşaat ve Çevre Mühendisliği
• Metalurji
• Güç Üretimi ve Yenilenebilir Enerji
• Spor

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği’nin Farklı Alanlardaki Kullanımlarından Örnekler

Kaynakça

İbrahim Yıldız

Uçak ve Uzay Mühendisi

İstanbul Teknik Üniversitesi – Uçak ve Uzay Mühendisliği YL
Samsun Üniversitesi – Uçak ve Uzay Mühendisliği
İzmir Bornova Anadolu Lisesi