علی رغم مزایای بسیار زیاد CFD در حل مسائل سیالاتی، همواره چالشهای قابل توجهی در استفاده از این تکنیک وجود دارد. موارد متعددی وجود دارد که در شبیهسازی جریان با کاربردهای مختلف دینامیک سیالات عددی، بعنوان مشکل مطرح میشود که البته بطور قابل قبولی می توان آن را مرتفع نمود. هندسهها و جریانهای پیچیده همواره چالش زا بوده که مهمترین آنها عبارتند از:
قابلیت اطمینان:
صحت نتایج محاسباتی در شبیه سازی میدانهای جریان همواره از مهمترین دغده های تیم محاسباتی و پذیرش آنها توسط کارفرما می باشد. وجود منابع خطای متعدد و همچنین ساده سازی های احتمالی در مدلسازی های هندسی، فیزیکی و ریاضی بخصوص در رژیمهای پیچیده جریان و یا هندسه های پیچیده در کنار اعتماد به تخصص و تجربه تیمهای محاسباتی مهمترین مواردی است که قابلیت اطمینان به نتایج شبیه سازی را زیر سئوال می برد. برای جلب اعتماد لحاظ نمودن موارد زیر ضروریست:
– محول نمودن کار به افراد متخصص و مجرب،
– پیروی از متدولوژی مناسب در شبیه سازی میدان جریان،
– مدلسازی هندسی ددقیق، شبکه بندی مناسب، مدلسازی فیزیکی دقیق و استفاده از حلگرها و مدلهای ریاضی بهینه در شبیه سازی پارامترهای مهم جریان،
– حل یک مسئله مشابه که نتایج تجربی آن موجود باشد و در نهایت
– شناسایی دقیق منابع خطا و میزان اثر آنها روی نتایج محاسباتی.
نیاز به تخصص:
برخلاف نرم افزارهای CAD که تجربه محور است، نرم افزارهای CAE از جمله نرم افزارهای CFD تخصص محور بوده و لازمست کاربر اطلاعات کافی در مورد انواع مدلهای ریاضی، الگوریتمها و روشهای حل داشته باشد. با توجه به رژیمهای متنوع جریان از جریان آشفته گرفته تا جریانهای چند فازی و همراه با واکنش شیمیایی مدلهای ریاضی بسیاری استخراج شده که کارآمدترین آنها در نرم افزارهای CFD مورد استفاده قرار می گیرد. بدیهی است که کاربر باید شناخت کافی از رفتار و نقاط ضعف و قوت این مدلها در کنار پدیده شناسی فیزیک جریان، مباحث محاسبات عددی و دینامیک سیالات داشته باشد. در این راستا لازمست اقدامات زیر صورت گیرد
– آموزش عمومی کاربر یا تیم محاسباتی در حوزه های محاسبات عددی و حلگرهای اصلی جریان و پدیده شناسی
– اموزش تخصصی کاربر یا تیم محاسباتی در حوزه های مدلسازی ریاضی پدیده هایی نظیر آشفتگی، تراکم پذیری، واکنش شیمیایی، تغییر فاز، چندفازی و غیره
زمانبر بودن:
دو گلوگاه مهم در کاهش زمان حل مسائل دینامیک سیالات محاسباتی وجود دارد که عبارتند از:
– مدلسازی هندسی و شبکه بندی دامنه محاسباتی؛ این فرآیند که مربوط به کاربر می باشد بین 60 تا 70 درصد زمان صرف شده توسط کاربر در حل میدان جریان را بخود اختصاص می دهد. تجربه نگارنده در این مورد صرف دو ماه زمان خالص برای شبکه بندی دامنه محاسباتی باسازمان مناسب حول یک هواپیمای سبک بوده است. علی رغم پیشرفت و هوشمند شدن نرم افزارهای خاص شبکه بندی همچنان این فرآیند بسیار زمانبر است.
– زمان حل مسئله؛ این فرآیند مختص توانایی های سخت افزار مورد استفاده در اجرای برنامه های تحلیلگر CFD می باشد. این زمان که به CPU Time نیز معروف است بسته به پیچیدگی جریان، الگوریتمهای حل جریان و حجم شبکه محاسباتی بین ساعتها تا هفته ها و یا حتی ماه ها ممکن است متغیر باشد.