CFD Applications in Civil Engineering
مهندسی عمران (Civil Engineering) در واقع یک شاخه تخصصی از علوم مهندسی است که شامل دیسیپلین‌های طراحی، ساخت و نگهداری ابنیه‌ها از جمله شهرها،فرودگاه‌ها، کارخانه‌ها، کارگاه‌ها بیمارستان‌ها، موزه‌ها، مراکز تجاری، اداری و مسکونی، ساختمانها، جاده‌ها، پل‌ها، سدها، کانال‌ها، تأسیسات، آب رسانی، گاز رسانی و بسیاری موارد دیگر می‌باشد.
به نظر می‌رسد علی رغم توانمندی‌های بسیار CFD در حل مسائل سیالاتی، هنوز دامنه استفاده از آن در مهندسی عمران فراکیر نشده است که عدم شناخت کافی کارشناسان و مهندسان عمران به CFD و کاربردهای آن در کنار حجم بسیار زیاد محاسبات مناسب مهمترین دلائل عدم فرا گیر شدن CFD در مهندسی عمران باشد. به هر حال مهمترین کاربردهای CFD را می‌توان در حوزه‌های آئرودینامیک (بررسی اثرات نیروهای باد)، هیدرو دینامیک (بررسی اثرات نیروهای آب و امواج)، تأسیسات زیر ساختی، تهویه مطبوع و آتش نشانی جستجو کرد.
کاربرد CFD در حوزه‌های آئرو-هیدرو دینامیک (بررسی اثرات نیروهای باد و آب)
مهمترین کاربردهای CFD که در مقوله آئرو-هیدرودینامیک در مهندسی عمران می‌توان متصور شد عبارتند از:
-شبیه سازی و محاسب نیروهای طوفان و بادهای وارد بر ساختمانها بویژه ساختمان‌های بلند
-شبیه سازی و مطالعه رفتار جریان هوا و باد در مناطق مسکونی، تجاری و صنعتی به منظور درک و شناخت بهتر مناطق بادخیز و مناطق آرام بویژه در هنگام بروز طوفان، بادهای شدید، آلودگی و همچنین گرد و غبار
-بررسی اثرات گرد و غبار روی تأسیسات و برج‌های بلند نظیر برج‌های تقطیر، دودکش‌ها و … بویژه برج‌های و تأسیسات فلزی و بررسی اثر خوردگی و طول عمر
– شبیه سازی و محاسب نیروهای طوفان و بادهای وارد تأسیسات متحرک و پل‌ها بویژه پل‌های معلق
-بررسی شدت جریان رودخانه بالاخص در مواقع سیل روی سازه‌های پل‌ها
-محاسبه نیروهای ناشی از امواج، بادها و طوفان روی سازه‌های آبی و دریایی
-شبیه سازی رسوب، واکنش و خوردگی املاح بویژه نمک روی سازه‌های زیر آبی
-محاسبه نیرو‌ها و گشتاورهای ناشی از باد و طوفان روی تأسیسات بلند مرتبه نظیر جرثقیل‌های عظیم، آنت‌ها، دکل‌های مخابراتی و …
کاربرد cfd در حوزه تأسیسات زیرساختی
آب رسانی، گاز رسانی، لوله‌های انتقال نفت/بنزین/گازوئیل/مازوت، فاضلاب‌ها و موارد دیگر از جمله بخش‌هایی از تأسیسات هستند که CFD می‌تواند نقشهای اساسی در طراحی و توسعه آن‌ها ایفا کند. مهمترین کاربردهای CFD در این بخش‌ها عبارتند از:
-شبیه سازی و حل میدان جریان در لوله‌ها و محاسبه افت فشار در لوله‌ها
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی جریان در ایستگاه‌های تقویت فشار در خطوط انتقال میعانات و گازها
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی جریان در ایستگاه‌های افت فشار و حوضچه‌های فشار شکن در خطوط انتقال میعانات و گازها
-شبیه سازی جریان‌ها دوفازی در کانال‌های روباز و لوله‌ها
-شبیه سازی جریان‌های دو فازی به منظور بررسی اثرات کاویتاسیون در خوردگی و طول عمر لوله‌ها و اتصالات
-بررسی اثرات رسوب در عملکرد انتقال میعانات و گازها با شبیه‌سازی جریان‌های چند فازی در لوله‌ها
-محاسات ارتعاشات ناشی از آشفتگی جریان وارد بر خطوط نفت، گاز، آب و …
کاربرد CFD در حوزه تهویه مطبوع
کنترل دمای اتاق/ساختمان، گردش هوای تازه، تصفیه هوا (بویژه برای اتاق‌های تمیز، مراکز پزشکی، مکان‌های حاوی مواد سمی و موارد دیگر) در کنار راندمان بالا و اقتصادی بودن تجهیزات، اهداف اصلی یک سیستم تهویه مطبوع می‌باشند. از این‌رو گرمایش، سرمایش، گردش طبیعی هوا، مبدل‌های حرارتی، آلایندگی‌ها و گردو غبار مسائل مطرح اصلی در تهویه مطبوع هستند. در اهمیت کاربرد CFD در صنایع تهویه مطبوع همین بس که نرم افزارهای تخصصی تهویه مطبوع مبتنی بر CFD متنوعی نظیر Simscale توسعه یافته‌اندکه به طور گسترده توسط مهندسان و متخصصان مورد استفاده قرار می‌گیرند. بطور کلی بارزترین مثال‌ها از کاربرد CFD در این حوزه عبارتنداز:
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد تجهیزات تهویه مطبوع نظیر فن‌ها، کانال‌ها، دریچه‌ها و …
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد تجهیزات تصفیه هوا از جمله انواع متعدد فیلترها
-شبیه سازی گردش طبیعی و اجباری هوا در اتاق‌ها و ساختمانها
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد مکان قرارگیری سیستم گرمایشی و سرمایشی نظیر رادیاتورها و کولرها در اتاق‌ها و ساختمانها برای دست‌یابی به مکان بهینه از نظر حداقل مصرف انرژی و گردش هوای مناسب
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی جریان هوا در آشپزخانه‌های خانگی و صنعتی بمنظور بهینه سازی کیفیت و دمای هوا
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی گردش هوا و عملکرد سیستمهای تصفیه تعبیه شده در اتاق‌های تمیز، مراکز پزشکی مثل اتاق عمل و سایر مکان‌هایی که کیفیت و تمیزی هوا در آن‌ها بسیار مهم است.
-شبیه سازی فضای گاراژها برای بررسی الگوی انتشار گازهای خروجی از اگزوز خودروها مخصوصا گازهای CO و CO2
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد سیستمهای سرمایشی و گردش هوا در اتاق‌های سرورهای کامپیوتری
کاربرد CFD در سیستمهای اطفاء حریق
امروزه به هیچ مجتمع مسکونی، تجاری، اداری و … بدون داشتن یک سیستم شناسایی و اطفاء حریق مناسب و قابل اعتماد پایان کار داده نمی‌شود. شبیه سازی بروز آتش‌سوزی و گسترش آن همراه با انتشار دودها دغدغه اصلی متخصصن امر در رفتار شناسی آتش سوزی در هر ساختمان و مجتمع می‌باشد. با توجه به قابلیت‌های CFD در حل مسائل سیالاتی درگیر با انتقال حرارت، احتراق، واکنش شیمیایی، آشفتگی و گونه‌های مختلف شیمیایی، آن را به ابزاری مهم در مطالعات مهندسان و آتش نشانان کرده است. نرم افزارهای تخصصی متعددی که از CFD در این حوزه استفاده می‌کنند نیز توسعه یافته است که Pyrosim، Actiflow، Aloft-ft و Smartfire از جمله‌ی آن‌ها هستند. مهمترین کاربردهای CFD و نرم افزارهای مرتبط در شبیه سازی حریق و اطفاء آن عبارتند از:
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی پیدایش و گسترش آتش
-شبیه سازی و تخمین ابعاد و ضخامت زبانه‌های آتش
-تعیین و محاسبه میزان دمای تمام مکان‌های ساختمان در آتش سوزی‌ها
-بررسی قدرت و عملکرد انواع مواد اطفاء حریق در خاموش کردن آتش‌های ناشی از سوختن مواد مختلف
-شبیه سازی، مطالعه و بررسی عملکرد سیستمهای اطفاء حریق در خاموش کردن آتش در شرایط مختلف به منظور بهینه سازی نوع و مکان این سیستم‌ها
-شبیه سازی و پیش بینی میزان و نوع گازهای حاصل از سوختن مواد مختلفی همچون چوب، پلاستیک، پرچه، کاغذ و …
-شبیه سازی و پیش‌بینی انتشار دود تحت شرائط آتش سوزی متفاوت در بخش‌های مختلف ساختمان
-[1]
Use of Computational Fluid Dynamics in Civil Engineering Prof. Dr.-Ing. Casimir Katz, SOFiSTiK AG, Oberschleißheim ir. Henk Krüs, Cyclone Fluid Dynamics BV, Waalre
برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید
محمدرضا کلیچ