Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiğine Genel Bir Bakış

Abstract

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), akışkanlar mekaniği problemlerinin analiz edilmesi ve çözümlenmesi sırasında sayısal yöntemleri, kısmi diferansiyel denklemleri ve hesaplamalı geometriyi bir arada kullanan ve hemen hemen bütün mühendislik uygulamalarında popülerliği günden güne artan bir bilim dalıdır. Güçlü bilgisayarlar kullanarak uygulamalı matematik çözümü yapan bu bilim, akışın söz konusu olduğu bütün endüstriyel proseslerde ısı, kütle ve momentum transferini ve aynı zamanda akış yapısını modelleyerek optimum tasarımların gerçekleşmesine imkân vermekte ve daha az zamanda daha az maliyetle karmaşık problemlerin çözümüne ve birden fazla parametrenin aynı anda incelenmesine olanak sağlamaktadır. Bir akış problemini HAD yöntemiyle çözmek için temelde 3 adım takip edilmektedir. İlk olarak akışı tanımlayan matematiksel denklemler yazılmakta ve genellikle kısmi diferansiyel denklemlerden oluşan bu eşitlikler sayısal bir analojiye dönüştürülmek için ayrıklaştırılmakta (discretization) ve de sonrasında akış alanı küçük ağlara (mesh) veya elemanlara bölünmektedir. Üçüncü adımda ise tanımlanan problemin başlangıç ve sınır şartları kullanılarak bu denklemler çözülmektedir. Denklemler çözülürken üç farklı metot kullanılmaktadır: (i) sonlu farklar; (ii) sonlu elemanlar ve (iii) sonlu hacimler yöntemi. HAD’da kullanılan yazılım teknolojilerinin hızla ilerlemesi ve yazılımların yüksek doğruluk ve hassasiyete sahip olmasıyla beraber maliyetlerinin günden güne azalması, akış problemlerinin görselleştirilmesinde ve problemlerin daha etkili ve verimli çözülmesinde bu programların yaygın bir şekilde kullanılmasını sağlamıştır. Bu derleme çalışmada; HAD’ın temelinden, tarihinden, metodolojisinden, avantajlarından ve dezavantajlarından ve HAD’da çözüm sırasında kullanılan denge denklemlerinden bahsedilmiştir.