Nếu bạn có một sản phẩm với dòng chảy chất lỏng hoặc các vấn đề truyền nhiệt liên quan thì liệu bạn có thể thực sự đủ khả năng (tiền) để không cần đến CFD?
Kamran Fouladi – Tiến sĩ, giảng viên, nhà nghiên cứu và chuyên gia về Động lực học chất lỏng (CFD) với hơn 28 năm kinh nghiệm về kỹ thuật và giảng dạy

Theo Wikipedia Computational Fluid Dynamics (CFD) – Động lực học chất lỏng là một nhánh của cơ học chất lỏng sử dụng phân tích số và cấu trúc dữ liệu để giải quyết và phân tích các vấn đề liên quan đến dòng chất lỏng được sử dụng để thực hiện các tính toán cần thiết để mô phỏng sự tương tác của chất lỏng và khí với các bề mặt được xác định bởi điều kiện biên.

Giống như các công cụ mô phỏng kỹ thuật khác, Computational Fluid Dynamics (CFD) – động lực học chất lỏng sử dụng các phương pháp và thuật toán số học để phân tích các mô hình 3D phức tạp. Cụ thể, nó kiểm tra các hiện tượng phức tạp như dòng chảy chất lỏng, nhiệt và sự chuyển khối, sự chảy rối, thay đổi pha, phản ứng hóa học và tiếng ồn do dòng chảy gây ra.

Điều này giúp các kỹ sư không cần phải tạo những thử nghiệm vật lý đắt tiền để tối ưu hóa sản phẩm và khắc phục sự cố hệ thống, nhờ đó họ có thể tạo ra các thiết kế khả thi được mô phỏng như trong điều kiện thực tế.

Trong lịch sử, các công cụ CFD và các phân tích liên quan là lĩnh vực của các chuyên gia về các phương pháp mô phỏng và phần mềm. Các kỹ sư thiết kế sẽ tạo ra một mô hình và sau đó gửi nó cho các chuyên gia này (nếu họ đủ may mắn để có một người sẵn sàng) để phân tích.

                                            Phân tích CFD hiển thị trong một hệ thống CAD của kĩ sư thiết kế

Nhưng thời gian và công nghệ thay đổi. Bây giờ, CFD đã được tích hợp vào hệ thống CAD và các kĩ sư thiết kế đã có thể dễ dàng truy cập và sử dụng ngay trong chính hệ thống CAD của mình. Nhưng điều đó có khiến mọi nhà thiết kế CAD trở thành chuyên gia CFD ngay lập tức không? Câu trả lời là “Không”. Nhưng nó có những lợi thế đáng kể để giúp các kỹ sư thiết kế thực hiện mô phỏng. Với thiết lập phù hợp, các kỹ sư hiện có khả năng sử dụng CFD để:

• Mô phỏng và phân tích dòng chảy của khí, nhiệt và chất lỏng trong máy
• Khám phá các nghiên cứu thương mại lớn và nhiều tình huống giả sử
• Mô phỏng các điều kiện vận hành khắc nghiệt.
• Thực hiện các công việc khó mà không thể đo lường được
• Đánh giá các tình huống không thể kiểm tra (ví dụ: địa vật lý, sinh học, hạt nhân, v.v.).

Dưới đây là những lý do và lợi ích để bạn chọn CFD

Lý do 1: Giảm thiểu các thiết kế “gần đủ”

Khi các kỹ sư thiết kế chạy phân tích trực tiếp trong các hệ thống CAD quen thuộc của họ, họ không còn phải gửi mọi thay đổi cho chuyên gia mô phỏng hoặc chờ đợi việc tạo mẫu vật lý để đánh giá kết quả. Điều đó có nghĩa là các nhà thiết kế tự do thử các giải pháp thay thế và kiểm tra chúng, từ đó tránh việc phải tạo ra các thiết kế “gần đủ”

Hơn nữa, sử dụng CFD trong giai đoạn phát triển ban đầu có thể giúp các kỹ sư thiết kế định hình hướng của mô hình và thúc đẩy những thay đổi tốt trước khi tất cả các chi tiết đã được thiết lập, tránh những thay đổi muộn đắt tiền. (Và khi các vấn đề xảy ra trong một thiết kế, kết quả CFD có thể giúp các kỹ sư thiết kế hiểu được các vấn đề đó tốt hơn từ đó đưa ra định hướng và làm việc nhanh hơn để đạt được giải pháp.)

Lý do 2: Đưa ra các mẫu thử nghiệm mạnh mẽ hơn

CFD không giúp bạn loại bỏ thử nghiệm vật lý, và bạn cũng không nên dựa hoàn toàn vào CFD. Nhưng nó giúp thay đổi bản chất của thử nghiệm. Với nhiều mô phỏng diễn ra trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật số, chi phí và thời gian tạo ra mẫu thử để xác nhận các thông số đơn giản, cơ bản là  điều hoàn toàn không cần thiết bởi CFD đã giúp bạn. Thay vào đó, các mẫu vật lý phải được sử dụng một cách thận trọng hơn, ở những giai đoạn sau, quan trọng hơn để tránh các chi phí tiềm ẩn và sự chậm trễ.

Và với hầu như không có giới hạn quy mô, các kỹ sư thiết kế có thể khám phá các nghiên cứu tham số lớn trong CFD. Phần lớn các lần lặp thiết kế có thể được xác minh, điều này sẽ làm giảm thêm chi phí thử nghiệm và chi phí nguyên mẫu.

Lý do 3: Đội ngũ của bạn được cung cấp thông tin tốt hơn

Hiệu suất có giá trị và hiểu biết về sản xuất có thể được tạo ra trong suốt quá trình thiết kế với phương pháp mô phỏng này.

CFD cung cấp chi tiết trường dòng chảy với độ phân giải cao cả về không gian và thời gian. Do đó, các nhà thiết kế có thể nhận được thông tin chi tiết và toàn diện từ các mô phỏng chứ không chỉ từ việc nhận dữ liệu định tính chung và thông tin định lượng giới hạn từ thử nghiệm vật lý.

Với những tiến bộ gần đây về khả năng đồ họa, các chương trình CFD có thể cung cấp các mô hình dòng chảy tinh tế và các hình ảnh Gra – đi – ăng nhiệt để dễ dàng xem các khu vực có vấn đề và khắc phục chúng trong giai đoán của thiết kế sớm. Hơn nữa, các đại diện đồ họa và video hiện có sẵn thể hiện cho các chương trình này chắc chắn có thể tăng cường thông tin liên lạc giữa các thành viên trong nhóm và các nhà quản lý.

Kết hợp CFD và thực tế ảo tăng cường để trình diễn dòng chảy xung quanh máy bay trong thời gian thực

Bạn có nên mua CFD hay không?

Nhóm của bạn sẽ tiết kiệm đáng kể cả chi phí và thời gian bằng cách sử dụng CFD trong thiết kế các sản phẩm bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng liên quan đến dòng chảy.

Sử dụng mô phỏng CFD và thử nghiệm ảo trong thiết kế sản phẩm có thể giúp các kỹ sư khắc phục tắc nghẽn thiết kế, thực hiện các thay đổi thiết kế đúng đắn và giảm thiểu tối đa các thử nghiệm mẫu vật lý, nhờ đó bạn sẽ tiết kiệm được đáng kể thời gian và chi phí để tạo ta sản phẩm.

Nếu bạn có một hệ thống hoặc một sản phẩm với dòng chảy chất lỏng hoặc truyền nhiệt có liên quan, thì còn phân vân gì nữa khi CFD có thể giúp bạn được một khoản tiền khổng lồ?

Để biết thêm thông tin chi tiết và đặt mua sản phẩm CFD của Creo. Xin vui lòng liên hệ: