دینامیک سیالات محاسباتی

دینامیک سیالات محاسباتی یا سی اِف دی ( به انگلیسی: Computational Fluid Dynamics ) ( اختصاری  CFD ) یکی از شاخه های مکانیک سیالات است که با استفاده از آنالیز عددی و الگوریتمهای عددی، مسائل مشتمل بر شاره های سیالاتی را تجزیه و تحلیل می کند. از کامپیوترها برای شبیه سازی برهم کنش مایعات و گازها با سطوح شرایط مرزی استفاده می شود. این شاخه از مکانیک سیالات، مکانیک قدیم را به علوم رایانه و توانمندی های نوین محاسباتی آن در نیمهٔ دوّم قرن بیستم و در سدهٔ جدید میلادی وصل می کند.
سرگذشت پیدایش و گسترش دینامیک سیّالات محاسباتی را نمی توان جدای از تاریخ اختراع، رواج، و تکامل کامپیوترهای ارقامی نقل کرد. تا حدود انتهای جنگ جهانی دوٌم، بیشتر شیوه های مربوط به حلّ مسائل دینامیک سیالات از طبیعتی تحلیلی یا تجربی برخوردار بود. همچون تمامی نوآوری های برجستهٔ علمی، در این مورد هم اشاره به زمان دقیق آغاز دینامیک سیّالات محاسباتی میسر نیست. در اغلب موارد، نخستین کار بااهمیت در این رشته را به ریچاردسون نسبت می دهند، که در سال ۱۹۱۰ ( میلادی ) محاسبات مربوط به نحوهٔ پخش تنش ( stress distribution ) در یک سد ساخته شده از مصالح بنّایی را به انجام رسانید.
در این کار ریچاردسون از روشی تازه موسوم به رهاسازی ( relaxation ) برای حلّ معادلهٔ لاپلاس استفاده نمود. او در این شیوهٔ حلّ عددی، داده های فراهم آمده از مرحلهٔ پیشین تکرار ( iteration ) را برای تازه سازی تمامی مقادیر مجهول در گام جدید به کار می گرفت. ابداع روش های مختلف گسسته سازی از جمله اختلاف محدود ( Finite difference ) ، المان محدود ( Finite element ) و حجم محدود ( Finite volume ) از جمله مواردی است که به روند توسعه نرم افزارهای دینامیک سیالات محاسباتی بسیار کمک کرد. [ ۱]
در این روش با تبدیل معادلات دیفرانسیل پاره ای حاکم بر سیالات به معادلات جبری امکان حل عددی این معادلات فراهم می شود. با تقسیم ناحیه مورد نظر برای تحلیل به المان های کوچک تر و اعمال شرایط مرزی برای گره های مرزی با اعمال تقریب هایی یک دستگاه معادلات خطی به دست می آید که با حل این دستگاه معادلات جبری، میدان سرعت، فشار و دما در ناحیه مورد نظر به دست می آید. با استفاده از نتایج به دست آمده از حل معادلات می توان برآیند نیروهای وارد بر سطوح، ضرایب برا و پسا و ضریب انتقال حرارت را محاسبه نمود. در دینامیک سیالات محاسباتی از روش ها و الگوریتمهای مختلفی جهت رسیدن به جواب بهره می برند، ولی در تمامی موارد، دامنه مسئله را به تعداد زیادی اجزاء کوچک تقسیم می کنند و برای هر یک از این اجزاء مسئله را حل می کنند. پس از رسم یک ۱۰۰ ضلعی منتظم مشاهده خواهیم نمود که شکل حاصل مشابه دایره است. با افزایش تعداد اضلاع این شباهت بیشتر خواهد شد. در حقیقت این پدیده در مبحث سی اِف دی نیز مفهوم خواهد داشت.