CFD Application In Automobile Manufacturing And Railroad Transportation Industries
جنبه فیزیکی پدیده انتقال در ابعاد ماکروسکوپی، با استفاده از قوانین حرکت نیوتن و اصول اساسی قوانین بقای جرم، ممنتم، انرژی و گونه‌های شیمیایی قانونمند شده است. براساس طبیعت مسئله و کمیتهای مورد نظر، این مفاهیم اساسی را می‌توان بصورت معادلات جبری، دیفرانسیلی و یا انتگرالی بیان نمود.
شبیه‌سازی عددی از جمله تکنیکهایی است که معادلات انتقال حاکم را با معادلات جبری جایگزین کرده و یک توصیف عددی از پدیده‌ها را در فضا و یا دامنه‌های محاسباتی فراهم می‌کند. صرفنظر از طبیعت مسئله، شبیه‌سازی عددی مستلزم داشتن مهارت کافی در زمینه‌های مربوطه از جمله محاسبات عددی می‌باشد.
تمام مهندسان از یکی از سه روش تجربی، حل دقیق و حل عددی برای یافتن مقادیر کمیتهای مسائل تعریف شده استفاده می‌کنند. شبیه‌سازی عددی روشی مناسب برای ارائه کمیتهای معادلات انتقال می‌باشد. معمولاً در روشهای عددی مسائل بصورت سعی و خطا و با تکرار بسیار زیاد حل می‌شود. بدیهی است که انجام این کار تنها با استفاده از کامپیوتر امکان پذیر است. پیشرفت تکنیکهای حل عددی و گسترش دامنه کاربرد آن برای مسائل پیچیده‌تر با پیشرفت فناوریهای سخت افزاری و نرم‌افزاری ارتباطی مستقیم دارد. استفاده از ابرکامپیوترها و پردازشگرهای موازی در شبیه‌سازی عددی، مثال بارزی برای اثبات این ادعا است.
از دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) می‌توان برای مطالعات مفهومی طراحی‌های جدید، طراحی جزئی و توسعه تجهیزات، عیب‌یابی و بازطراحی استفاده نمود. روشهای CFD بطور قابل توجهی نسبت به روشهای آزمایشگاهی (از جمله تونل‌های باد) ارزانتر و در عین حال بسیار سریعتر هستند. نکته مهم دیگر اینکه با استفاده از CFD به راحتی می‌توان شرایطی را که فراهم ساختن آن در روشهای آزمایشگاهی بسیار مشکل و گاهی غیر ممکن است، شبیه سازی نمود. به عنوان مثال بررسی عملکرد تجهیزات در دماهای بسیار بالا یا بسیار پایین یکی از این موارد است. پرداختن به تمامی جزئیات از دیگر نکات قوت CFD به شمار می‌رود. با استفاده از CFD می‌توان برای هر نقطه مطلوب داده‌ها و پاسخ‌ها را استخراج و ذخیره نمود.
بدون شک صنایع خودروسازی و حمل و نقل ریلی یکی از مهمترین صنایع درگیر با مسائل سیاالاتی می‌باشد. هوا، آب، سوخت، گازهای خروجی، سیالات عامل خنک‌کننده‌ها، روغن کاری و هیدرولیک مهمترین سیالات مورد مطالعه در دنیای حمل و نقل زمینی هستند که بیش از صدها مورد از مسائل مهندسی مکانیک سیالات در طراحی و ساخت خودرو، لوکوموتیو، واگن و کانتینر را به خود اختصاص داده‌اند.
طراحی آئرودینامیک، آکوستیک، سیستمهای تهویه مطبوع، تولید قدرت، خنک کاری ترمز، هیدرولیک، بخش‌های مختلف داخلی نظیر موتورها، ایمنی و روشنایی مهمترین حوزه‌هایی هستند که صنایع خودرو سازی و حمل ونقل ریلی همواره از CFD در آن‌ها بهره می‌گیرند.
آئرودینامیک و آکوستیک
مصرف سوخت اصطلاحی کاملا آشنا برای همگان و کاهش مصرف سوخت یکی از اهداف همیشگی طراحام و مهندسان است. امروزه در اکثر کشورها، میزان مصرف سوخت یکی از فاکتورهای مهم خرید خودرو برای طبقه متوسط به پایین به شمار می‌رود. سروصدای خودرو نیز همواره موجب آزار و اذیت راننده و سرنشینان می‌شود. این سروصدا ممکن است از موتورها، تسمه‌ها، سیستم تعلیق، لاستیک‌ها و یا جریان هوا باشد. صدای ناشی از باد یا همان اکوستیک (نویز آئرودینامیکی) معمولا بخاطر وجود شکل هندسی وسیله نقلیه و کیفیت ساخت پایین اجزا و مونتاژ آن‌ها تولید می‌شود. در مونتاژ نامناسب خودروها نویز آئرودینامیکی مولد ارتعاشات آئرودینامیکی بوده و در چنین شرایطی علاوه بر تولید صداهای ناهنجار باید منتظر کاهش عمر مفید اتاق وسیله نقلیه و به صدا افتادن آن در زمان کمتر باشیم.
اساسا علم آئرودینامیک وسایل نقلیه بخاطر همین دو مسئله مهم کاهش مصرف سوخت و نویز آئوردینامیکی (آکوستیک) توسعه یافته و مورد استفاده قرار می‌گیرد. هرچند در حل مسائلی نظیر پایداری وسایل نقلیه در سرعت‌های بالا و حرکت در پیچ‌ها نیز بسیار مفید و مؤثر است. با نگاهی اجمالی به تاریخچه صنایع حمل و نقل زمینی از جمله خودروهای سواری، کامیونت‌ها، کامیون‌ها تانکرها، بونکرها، لکوموتیوها و واگن‌ها به راحتی می‌توان به پیشرفت دانش و فناوری در حوزه علوم آئرودینامیک پی برد. علم آئرودینامیک تأثیر مستقیمی روی شکل ظاهری تمامی وسایل نقلیه از خود داشته و این تأثیر همچنان ادامه دار خواهد بود.
کاهش نیروی پسا (Drag) یعنی کاهش مصرف سوخت؛ پس برای کاهش مصرف سوخت لازمست که نیروی پسا کاهش یابد. بدیهی است لازمست که تمامی مفاهیم طراحی (شکل‌های ظاهری پیشنهادی برای خودرو یا هر وسیله نقلیه در دست طراحی) مورد ارزیابی و بررسی دقیق قرار گرفته و ضریب پسای آن با دقت مناسبی تعیین شود. CFD و تونل باد مهمترین ابزار محاسبه و اندازه‌گیری ضریب درگ (پسا) هستند. اگرچه نتایج تونل باد نسبت به پاسخ‌های CFD همواره از اعتبار بیشتری برخوردار است اما بسیار هزینه‌برتر و کند‌تر می‌باشد. امروزه CFD به عنوان پرکاربردترین ابزار تعیین ضریب پسای خودروها شناخته می‌شود.
از آنجائیکه جریان حاکم بر اطراف خودرو یک جریان تراکم ناپذیر آشفته می‌باشد لذا ذاتا و بخاطر آشفتگی ناپایاست. از طرفی در طراحی وسایل نقلیه نه مقدار لحظه‌ای ضریب پسا (ناپایایی ناشی از آشفتگی) بلکه مقدار متوسط آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین فرض پایا بودن در حل میدان جریان حول وسایل نقلیه برای محاسبه ضریب پسا، کاملا مناسب و بجاست. برای رسیدن به حداکثر دقت در محاسبه ضریب درگ لازمست اولا تا حدامکان تمامی جزئیات وسیله نقلیه در مدلسازی هندسی لحاظ شود. ثانیا شبکه تولید شده از کیفیت حداکثری برخوردار باشد. ثالثا از مرتبه‌های بالاتر گسسته‌سازی معادلات استفاده شود و رابعا از مدل آشفتگی مناسب استفاده شود. استفاده از مدل‌های آشفتگی RANS دقت لازم را در محاسبه ضریب پسا برآورده می‌سازد اما در صورت استفاده از مدل‌های متشکل از معادلات فیلتر شده مثل LES، می‌توان به دقت بیشتری رسید هرچند هزینه و زمان بیشتری را به دنبال خواهد داشت.
لازم به ذکر است معیارها و راهکارها برای مسائلی نظیر پایداری آئرودینامیک در پیچ‌ها و یا سرعت‌های بالا و همچنین بررسی عملکرد تجهیزاتی نظیر اسپویلرهای خودروها، همانند معیارها و راهکارهای محاسبه ضریب درگ می‌باشد و تفاوت چندانی ندارد.
در شبیه‌سازی آکوستیک اما وضعیت اندکی متفاوت است. توصیه می‌گردد برای اینکار جریان بصورت ناپایا حل شده و از مدل‌های فیلتر شده LES برای رسیدن به دقت بیشتر استفاده شود. از طرفی نویز آئرودینامیکی در مناطقی بیشتر اتفاق می‌افتد یا شدت بیشتری دارد که تغییرات هندسی در آن‌ها شدید باشد. پس لازمست شبکه تولید شده در آن نواحی به اندازه کافی مناسب و با کیفیت باشد. آینه‌ها، شکاف‌ها، شیارها، فضای داخل گلگیرها، اطراف چرخ‌ها، صندوق عقب و بطور کلی پشت خودرو از جمله مکان‌هایی هستند که بیشترین میزان نویز آئرودینامیکی در آن‌ها اتفاق می‌افتد. حل ناپایای جریان، استفاده ازمدل LES و تولید شبکه محاسباتی مناسب، مهمترین راهکارهای پیشنهادی برای شبیه‌سازی هرچه دقیق‌تر نویز آئرودینامیک یا همان آکوستیک هستند.
تهویه مطبوع
می‌گویند برای رسیدن به مقصد باید از مسیر هم لذت برد. در مسافرت‌های درون و برون شهری (به دلیل تعدد و زمان زیاد) آسایش و آرامش خاطر راننده‌ها، سرنشینان و مسافران به نوعی آسایش و آرامش اجتماعی و عمومی محسوب می‌شود. آلودگی هوا، آلودگی صوتی، گرما، رطوبت و سرما می‌توانند دلایل بسیار خوبی برای آزار و اذیت جسمی و روحی انسان‌ها باشند. سردرد، سرگیجه، احساس تهوع، تپش قلب و غیره از پیامدهای تهویه نامناسب در داخل فضای نقلیه محسوب می‌شوند. علاوه بر آن آستانه تحمل اشخاص بطور چشمگیری پایین آمده و آن‌ها را بشدت کم حوصله می‌کند که خود به بروز و افزایش خشونت‌های کلامی و فیزیکی کمک می‌کند. همچنین عدم تهویه مناسب مسیر مسافرت را زجرآور کرده که مهمترین نتیجه آن کاهش تمرکز همراه با عجله و شتاب در رانندگی بوده و افزایش احتمال تصادفات را به دنبال خواهد داشت. با توجه به موارد مطرح شده اهمیت طراحی مناسب سیتمهای تهویه مطبوع بر کسی پوشیده نمی‌ماند و لازمست این سیستم‌ها با جدیدترین دانش و فناوریهای روز طراحی و ساخته شوند. استانداردهای بسیاری در مورد میزان آلایندگی‌های هوا و صوت، حداکثر سرعت هوا، فشار، رطوبت و دامنه دمایی مناسب برای تمامی وسایل نقلیه از انواع خودروهای سواری و کار گرفته تا واگن‌های مسافری و باری تدوین شده‌اند و صنایع حمل و نقل زمینی نیز ملزم به اجرای آن‌ها می‌باشند.
تأمین هوای پاک همراه با دما، رطوبت، فشار و البته شدت جریان مناسب اصلی‌ترین وظایف سیستمهای تهویه مطبوع وسال نقلیه به شمار می‌روند. در راستای فراهم سازی هوای مطبوع در داخل وسایل نقلیه، سیستمهای تهویه مطبوع از سه بخش اصلی تأمین هوای پاک، سرمایش و گرمایش تشکیل می‌شوند. از آنجائیکه بخش اعظم هر سه بخش فوق با جریان هوا و سیالات عامل همراه است، در نتیجه CFD برترین ابزار محاسباتی برای مطالعه، تحقیق، توسعه و طراحی سیستمهای تهویه مطبوع به حساب می‌آید.
در بحث تأمین هوای پاک، تصفیه و انتشار هوا با حد آلایندگی هوایی مجاز و با شدت و سرعت مناسب مطرح می‌شود. جریان هوای تقویت شده توسط فن‌ها با گذر از فیلترها، کانال‌ها و در نهایت دریچه‌ها وارد فضای کابین، اتاق، کوپه و یا واگن‌ها می‌شود. جریان تراکم ناپذیر، آشفته با فرض پایا بودن، رژیم جریان مناسب برای شبیه‌سازی مسائل این چنینی است. البته برای شبیه‌سازی و حل جریان‌های عبوری از فن‌ها، لازمست رژیم جریان پایا، تراکم ناپذیر آشفته و دورانی در نظر گرفته شود.
در تجهیزات سرمایشی، از CFD می‌توان برای شبیه‌سازی جریان بمنظور مطالعه و بررسی عملکرد فن‌ها، اواپراتورها، کندانسورها، رسیوردرایرها و افت فشار در شلنگها و کانال‌ها همراه با سیالات عامل هوا، بخار آب، آب و یا گاز کولر استفاده نمود. در این تجهیزات جریان غالب جریان تراکم‌ناپذیر آشفته همراه با انتقال حرارت است هرچند در شبیه‌سازی کندانسورها، اواپراتورها و رسیوردرایرها شبیه سازی جریان‌های دوفازی با انتقال جرم بین فازی (مثل بخار آب به آب) توصیه می‌شود. همچنین برای بررسی عملکرد فن‌ها لازمست میدان جریان پایا، تراکم ناپذیر، آشفته و دورانی حل شود.
در سیستم گرمایشی وسایل نقلیه، رفتار شناسی جریان عبوری از رادیاتورها، شلنگها، کانال‌ها و فن‌ها مد نظر است. عموما جریان عبوری در سیستم گرمایشی از پیچیدگی کمتری نسبت به جریان عبوری از سیستم سرمایشی برخوردار است. جریان پایا تراکم ناپذیر و آشفته همراه با انتقال حرارت جریان حاکم در سیستمهای گرمایشی می‌باشد که شبیه سازی آن‌ها با استفاده از روشهای CFD کاری روتین و معمول است.
نکته دیگر که البته از لحاظ تکنیکی در تعریف تهویه مطبوع گنجانده نمی‌شود اما به دلیل اهمیت آن در برقراری آسایش و آرامش سرنشینان در این قسمت به آن اشاره می‌شود، آکوستیک و آلودگی صوت می‌باشد. حل هم‌زمان جریان همراه با آکوستیک در فضای داخلی و بیرونی وسایل نقلیه بهترین و در عین حال گرانترین روشی است که پیشنهاد می‌شود. البته با ساده سازی و اعمال مفروضات بیشتر می‌توان از پیچیدگی و همچنین دقت مسئله کاست!
کلام آخر اینکه مدلسازی همراه با جزئیات کامل تجهیزات و فضای داخلی، شبکه مناسب با تعداد المان‌های کافی، استفاده از مدل آشفتگی مناسب، آکوستیک و همچنین شبیه سازی جریان‌های چند فازی همراه با انتقال جرم (بخار آب به آب) مهمترین چالشها در استفاده از CFD در سیتسم‌های تهویه مطبوع هستند.
سیستم تولید قدرت
پیچیده‌ترین مسائل سیالاتی در این سیستم وجود دارد و انواع رژیم‌های جریان‌های تراکم‌پذیر، ناپایا، آشفته، دورانی، همراه با انتقال حرارت، آکوستیک، چندفازی و احتراق بر آن حکمفرماست. سیستم تولید قدرت وسایل نقلیه بستری مناسب برای ماجراجویان و علاقه‌مندان CFD می‌باشد. این سیستم از زیرسیستم‌های سوخت رسانی، هوارسانی، احتراق، روغنکاری، اگزوز و خنک‌کاری که هر کدام رژیم‌های جریان خاص خود را دارند، تشکیل شده است.
زیر سیستم سوخت رسانی از قسمت‌هایی مثل مخزن (باک) بنزین، پمپ هواگیری، فیلتر آبگیر، پمپ تغذیه سوخت، فیلتر سوخت، لوله‌ها، شلنگها، پمپ انژکتور و انژکتورها تشکیل شده است. در باک بنزین پدیده‌هایی مثل تلاطم (Sloshing) و هواگیری بصورت دستی و یا استفاده از پمپ‌های هواگیری در خودروها و وسایل نقلیه جدید قابل توجه است. بررسی اثر تلاطم و کاهش آن با استفاده از CFD و با فرض جریان‌های دوفازی آشفته همراه با انتقال جرم از سوخت به بخار سوخت و یا برعکس بسیار راهگشاست. جریام حاکم در پمپ‌های تغذیه سوخت و انژکتور یک جریان آشفته دورانی (پایا یا ناپایا بسته به هدف شبیه‌سازی) و همچنین دوفازی همراه با کاویتاسیون (درصورت بررسی دقیق رفتارجریان و کاویتاسیون در ایمپلرها) می‌باشد. البته حل میدان جریان و همگرائی در پمپ‌های انژکتور به مراتب مشکل‌تر از پمپ‌های سوخت (به عنوان مثال پمپ بنزین خودرو) بوده چرا که فشار خروجی از این پمپ‌ها بسیار بیشتر است (حداقل 200 بار در پمپ‌های انژکتور نسبت به حدود 5 بار در پمپ‌های سوخت). شبیه‌سازی جریان در فیلترها نیز مستلزم حل میدان جریان آشفته چندفازی مایع-مایع برای فیلترهای آبگیری و مایع-جامد برای فلترها و صافی‌های سوخت در گذر از نواحی متخلخل (فیلترها یا صافی‌ها) می‌باشد. برای شبیه‌سازی جریان در لوله‌ها و سوخت‌ها می‌توان با فرض ساده شده جریان پایا، تک فازی و آشفته مسائل را حل نمود اما برای بررسی دقیق‌تر لازمست جریان بصورت ناپایا، دو فازی و آشفته حل شود. موضوع اما برای شبیه سازی خود انژکتور با ساختار داخلی آن اندکی متفاوت است. اگر تنها عملکرد کلی انژکتور مثل تغییر فشار و میزان دبی سوخت خروجی از سوزن انژکتور مطلوب باشد حل میدان جریان تراکم ناپذیر تک فاز عبوری از فیلتر سوخت در ابتدای انژکتور کافیست. اما اگر رفتار شناسی و بررسی عملکرد بخش‌هایی مثل شیر برقی، پیستون ذخیره کننده، خط برگشت سوخت و سایر موارد دیگر مد نظر باشد آنگاه با یک جریان ناپایا همراه با جابجایی احتمالی پیستون و یا باز و بسته شدن شیر روبر هستیم که شبیه سازی را بطور قابل توجهی پیچیده‌تر می‌کند.
فیلتر هوا، مجموعه دریچه گاز، خنک کن، توربوشارژرها، مانیفولد ورودی و مسیر هوای ورودی به سیلندر، عمده‌ترین بخش‌های زیر سیستم هوارسانی یک موتور پیستونی را تشکیل می‌دهند. حل میدان جریان در این زیر سیستم به مراتب ساده‌تر از سایر زیرسیستم‌ها بوده و چالش‌های کمتری دارد. بجز بحث جریان تراکم پذیر آشفته دورانی در توربوشارژرها که عمدتا در وسایل نقله مدرن مورد استفاده قرار می‌گیرند و تا حدودی شبیه‌سازی جریان در فیلترها و خنک کننده‌های هوای ورودی به موتور، با چالش جدی در حل میدان جریان در این زیرسیستم مواجه نمی‌شویم.
با ورود هوا و پاشش سوخت به داخل سیلندر و پس از جابجایی پیستون به نقطه مرگ بالا و جرقه زنی (برای موتورهای بنزینی)، پیچیده‌ترین پدیده سیالاتی-شیمیایی اتفاق می‌افتد. تبدیل گونه‌های شیمیایی سوخت به محصولات احتراق همراه با آزاد شدن انرژی گرمایی وحشتناک و افزایش شدید دما و فشار به اندازه کافی برای شبیه‌سازی دردسرساز هستند. حال اگر پیچیدگی‌های ناشی از حرکت پیستون به سمت نقاط مرگ بالا و پایین و باز و بسته شدن سوپاپ‌های هوا و دود نیز به مسئله اضافه شود، آنگاه چرخه کامل احتراق در داخل سیلندر متشکل از مکش، تراکم، احتراق و تخلیه، به یکی از پیچیده‌ترین مسائل مکانیک سیالات تبدیل می‌شود که اکثر رژیم‌های جریان نظیر ناپایا بودن، آشفتگی، تراکم‌پذیری، دوفازی (ناشی از پاشش سوخت به داخل سیلندر)، انتقال حرارت، واکنش شیمیایی و حرکت مرزها را در خود جای داده است. به هر حال امروزه روش‌ها و نرم افزارهای CFD این امکان را به مهندسان می‌دهند که احتراق موتور را با دقت مناسبی مدلسازی نمایند. هر چند قبل از آن لازمست ابتدا با رعایت نکات مهم و اساسی در تولید شبکه و بکارگیری مدل‌های مناسب فیزیکی، ریاضی، احتراق، آشفتگی و حرکت مرزها، بر مشکلات همگرائی و حل قابل قبول مسئله فائق آیند.
روغنکاری موتورها بخاطر اتلاف قدرت ناشی از اصطکاک، کاهش ارتعاشات، تمیز و خنک کاری موتور از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. استفاده از روغن‌های باکیفیت در کنار سیستم روغنکاری مناسب و بهینه باعث عملکرد بهتر و طول عمر بیشتر موتورها می‌شود. استفاده از CFD هم در تولید روغن و هم در تحلیل و طراحی سیستمهای روغنکاری بسیار مفید است. بررسی خواص سیالاتی روغن نظیر لزجت (چسبندگی یا گران‌روی)، تبخیر، اشتعال، خورندگی، اکسیده شدن و غیره با کمک CFD سریعتر و جامع‌تر است. زیرسیستم روغنکاری از بخش‌های سینی (کارتل)، پمپ، فیلتر، شیر تنظیم فشار، خنک کننده‌ها و مجاری روغن تشکیل می‌شود و با یکی از روشهای پاششی، تحت فشار و یا پاششی-تحت فشار موتور را روغنکاری کند. عمده جریان حاکم در سیستم روغنکاری جریان دوفازی آشفته و ناپایا می‌باشد. البته برای فیلترها جریان در نواحی متخلخل، در پمپ‌ها جریان دورانی و در نهایت به منظور شبیه سازی شیرهای تنظیم فشار جریان ناپایا با تغییر مرزهای دیواره نیز مطرح می‌شود.
جریان داغ تراکم پذیر با نویز آئرودینامیکی بسیار بالا مشخصه اصلی جریان از مانیفولد خروجی دود موتور در ورود به اگزوز می‌باشد. از آنجائیکه میزان حجم گازهای خروجی از موتور بخصوص در دورهای بالا هندسه مناسبی برای مانیفولدها را طلب می‌کند که با استفاده از CFD و متدهای بهینه‌سازی می‌توان به شکل مناسبی برای این قطعه دست پیدا کرد. بمنظور کاهش آلایندگی، کاتالیزور اولین مقصد گازهای خروجی از مانیفولد می‌باشد. در جریان تراکم پذیر آشفته عبوری از کاتالیست کاتالیزور، تحت واکنش‌های شیمیایی ناشی از وجود آلیا‌ژهای چند فلز خاص، اکثر آلاینده‌های شیمیایی به گازهای سالم و بی‌ضرر تبدیل می‌شوند. پس واکنش شیمیایی و نواحی متخلخل مشخصه‌های بارز جریان در کاتالیزورها هستند. رزوناتور و موفلر (منبع) اگزوز نقش اصلی را در کاهش نویز (آکوستیک) بازی می‌کنند. کاهش شدید فشار و سرعت دود همراه با کم شدن میزان آکوستیک با عث می‌شود که گازهای خروجی اگزوز فشار، سرعت و صدای قابل قبولی داشته باشند. در شبیه‌سازی جریان در رزوناتور و موفلر به روش CFD، هندسه پیچیده (پیچیدگی بخاطر جزئیات زیاد که نشات گرفته از سوراخ‌های بسیار است، می‌باشد) چالش اصلی بوده البته بسیار مهم است که با آکوستیک مدل شوند.
روغنکاری موتور به تنهایی برای کاهش دمای موتور کافی نیست. استفاده از زیر سیستم خنک کننده متشکل از رادیاتور، پروانه (فن رادیاتور)، پمپ آب، لوله‌ها و شلنگها، ضروریست. عملکرد دایاتور در انتقال گرما به بیرون بسیار حیاتی است. با کمک CFD می‌توان برای شبیه‌سازی خنک کاری کل موتور، در حالت ساده رادیاتور را بصورت یک باکس متخلخل با منبع حرارتی مشخص مدلسازی نمود و یا اینکه با تمام جزئیات هندسی و سیالاتی کل چرخه را شبیه‌سازی کرد. شکل مناسب پروانه در افزایش سرعت و میزان حجم هوای عبوری از لابلای رادیاتور بسیار تأثیر گذار است که با استفاده از CFD و با فرض جریان آشفته دورانی براحتی قابل مطالعه و بررسی است. بطور کلی حل میدان جریان برای کل سیستم خنک کاری و همراه با تمام جزئیات براحتی امکان پذیر بوده و تنها قدرت سخت افزاری پردازشگر(ها) در آن مطرح است.
سایر
داغ کردن لنت ترمز شایع‌ترین مشکل یک سیستم ترمز است. امروزه برای گردش بیشتر هوا، انتقال حرارت بهتر و افزایش خنک کاری در دیسکهای ترمز و لنت‌ها، دیسکهای ترمز سوراخ‌دار و شیاردار ساخته می‌شوند. مطالعه و بررسی اشکال مختلف سوراخ، شیار و مجاری هوا در دیسکهای ترمز به کمک CFD بسیار سریعت و ارزانتر از روشهای آزمایشگاهی انجام می‌شود. به همین خاطر استفاده از برنامه‌ها و نرم افزارهای CFD برای شبیه‌سازی جریان در این زیرسیستم پیشنهاد می‌گردد.
چراغهای وسایل نقلیه بویژه چراغهای مه‌شکن بطور حیرت انگیزی حرارت بسیاری تولید می‌کنند. بنابراین انتخاب مواد مناسب بهمراه شکل‌مناسب طلق‌ها و سایر قطعات چراغ که این بار حرارتی را تحمل می‌کنند با اهمیت است. با استفاده از CFD می‌توان انتقال حرارت بصورت‌های هدایت، جابجایی، و تابشی را با دقت خوبی مدلسازی کرده و دمای هر نقطه مورد نظر طراحان را محاسبه نمود. مثل تمامی مسائل مهندسی درگیر با مکانیک سیالات، صرفه جویی در زمان و هزینه در بکارگیری CFD برای حل این مسئله محرز می‌باشد.
در سیستم انتقال قدرت شبیه‌سازی جریان در داخل کلاچ برای بهینه سازی خنک کاری، کاهش دمای ناشی از اصطکاک و میزان سیال عبوری از سوراخ‌های کلاچ حائز اهمیت است. برای انجام اینکار، حل میدان جریان آشفته دورانی به روش CFD پیشنهاد می‌شود. همچنین استفاده از CFD، حل میدان جریان‌های همراه با سیالات غیر نیوتنی برای تجهیزاتی مثل جعبه دنده، دیفرانسیل، کمک فنر و غیره را امکان پذیر کرده و بینش بسیاری به مهندسان و طراحان متخصص می‌دهد. در نهایت به عنوان ختم کلام، شبیه سازی مولد گاز (Gas Generator) همراه با باز شدن کیسه هوا (Air Bag) نیز از جمله‌ی هیجان انگیزترین مسائله مهندسی قابل حل توسط CFD می‌باشد.
برای کسب اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید
محمدرضا کلیچ