Các bạn thân mến,

Khoa Computational Fluid Dynamics (CFD) là một bộ môn còn rất trẻ.  Nó là kết tinh cuả hai khoa: khoa Thuỷ Động Học và khoa Ðiện Toán. Bài dịch này xin gới thiệu với các bạn một cách khái quát về CFD (tạm dịch Môn Thủy Ðộng Học Ðiện Toán).

Nhập Môn về CFD

• Đối tượng làm việc cuả CFD:  CFD thâm nhập vào những nơi có sự dịch chuyển  cuả chất lỏng, cuả nhiệt và cuả  khối luợng.  chẳng hạn như các quá trình sau:

- Thở,  ăn uống, tiêu hóa, rửa, bơi, hút thuốc .
- Giặt giũ và phơi y phục
- Sưởi ấm hay quạt căn phòng ; dập tắt lửa bằng nước
- Sự đốt cháy trong động cơ nổ và ô nhiễm
- Nấu xúp, điều chế plastic từ dầu hỏa
- Lái máy bay, nhảy dù, trượt nước, lái thuyền buồm
- Hàn, chế tạo thép, điện giải nước... và vân vân.
 

• CFD là gì?
  Bằng máy tính, CFD dự đoán  những sự kiện sẽ xảy ra  về lượng, khi chất lỏng luân lưu và thường phải tính chung kèm vào sự phức tạp của:
  - Sự  truyền nhiệt và sự chuyển khối lượng (thí dụ sự đổ  mồ hôi, sự hòa tan...)
  - Sự chuyển trạng thái (thí dụ nóng chảy, đông  lạnh, sôi)
  - Phản ứng hóa học (thí dụ đốt cháy, sét gỉ)
  - Chuyển động cơ học (thí dụ piston, quạt máy, bánh tay lái)
  - Sức ép của vật chất bao bọc xung quanh và sự chiếm chỗ của  những vật thể  bị nhúng chìm trong chất lỏng.

Lich sử cuả môn CFD:

• CDP  xuất hiện vào  thập niên  60. Có những thành tựu đầu tiên vào những năm 70

• Dịch vụ kỹ nghệ về CFD được thiết lập bắt đầu trong thập niên 80

• Ngành kỹ nghệ này phát triển nhanh trong thập niên 90

• Sự lớn mạnh vĩ đại hơn cuả ngành này có lẽ sẽ xảy ra trong thập niên tới

• Thêm vào đó, một trong những thay đổi quan trọng nhất sẽ bao gồm sự tham dự của ngành thông tin liên lạc điện tử với các dịch vụ điện toán từ xa được trả tiền thuê bao theo thời lượng xử dụng

Ứng dụng cuả CFD:

Các hiểu biết về chất lỏng sẽ luân lưu như thế nào và  những hiệu ứng về số lượng mà nó gây ra  trên  các chất rắn tiếp xúc với nó, sẽ giúp:

• Các  kỹ sư xây dựng và  kiến trúc sư chuẩn bị cho môi trường sống của con người được tiện nghi và  an toàn hơn

• Các  nhà thiết kế các nhà máy  năng lượng  đạt được hiệu quả tối đa và  giảm thiểu ô nhiễm thảy ra bởi chúng

• Các  kỹ sư hóa học tăng được hiệu quả tối đa  của  các  lò  phản ứng và  thiết bị xử lý

• Các nhà thiết kế các phương tiện giao thông trên đường bộ, hàng không, và đường thuỷ đạt được năng xuất tối đa với giá thành thấp nhất.

• Các  nhà  phân tích về  thiên tai và độc hại,  và  những  kỹ sư về an toàn , tiên đoán được mức tổn hại về nhân mạng, vật chất và môi truờng do các đám cháy, những vụ  nổ và  các đợt sóng thần.

Các mô phỏng dựa trên cơ sở cuả CFD cho phép:

• Giới hữu trách cuả các trung tâm thành phố xác định được nơi an toàn để thiết lập các khu kỹ nghệ mà có xả ra chất gây ô nhiễm, và xác định được các trường hợp nào sẽ giới hạn xe có động cơ lưu thông nhằm bảo tồn chất lượng không khí.

• Những nhà khí tượng học và nhà hải dương học dự  báo  về gió và  những dòng  nước

• Các  nhà thủy học  và  những  người lo về các nguồn nước ngầm dự báo hậu quả cuả các thay đổi ở  lớp vỏ trái đất để chế  ra các con đập và  các ống dẫn nước tùy số lượng và chất lượng của  nước cấp từ các nguồn này.

• Các  kỹ sư dầu hỏa thiết kế tối ưu hoá các kế hoạch phục hồi dầu và  các thiết bị để đặt chúng vào thực tiễn

• và  vân vân

Trong vài năm tới, người ta dự  kiến  là các cuộc  giải phẫu mà có thể gây ảnh hưởng đến sự  luân  lưu cuả các chất lỏng trong cơ thể con người (như là máu, nước  tiểu, không  khí, chất lỏng trong  não) chỉ được tiến hành sau khi đã dược dự đoán các hậu quả có thể xảy ra cho bệnh nhân bằng phương pháp CFD

CFD dự đoán bằng cách nào

CFD dùng  máy tính để  giải những  phương trình toán  học trên căn bản khoa học thích hợp, bằng cách dùng những thông tin về tình huống của vấn đề.
Do đó, thành phần cuả CFD bao gồm:

• người nêu vấn đề

• kiến thức khoa học biểu thị qua toán học

• mã cuả máy tính (như là phần mềm) mà nó bao gồm các kiến thức và biểu thức mô tả vấn đề bằng các thuật ngữ khoa học

• phần cứng dùng thi hành các tính toán do phần mềm viết ra.

• người kiểm tra và  thông dịch các kết quả cuả chúng

Độ tin cậy cuả CFD

Các dự đoán dưạ trên phương pháp CFD không đạt được 100% độ tin cây bởi vì các nguyên do sau:

• Những dữ  liệu đưa vào  có thể có quá  nhiều phán đoán hay  không chính xác.

• Khả năng cuả máy tính có thể  quá nhỏ so với độ chính xác cao cuả các con số  (đây là trường  hợp hay xảy ra)

• Cơ sở hiểu biết khoa học có thể chưa đầy đủ.

Ðộ tin cậy sẽ cao hơn cho:

• Các dòng chảy theo lớp (tầng) thay vì các dòng chảy rối loạn.

• Các dòng chảy đơn  pha (monophase) thay vì đa pha

• Hóa chất trơ (hay ít phản ứng) thay vì  hóa chất dễ phản ứng với  vật chất

• Một phản ứng hoá học thay vi nhiều phản ứng hoá học

• Chất lỏng đơn giản thay vì các phức hợp

Do đó, như một ví dụ điển hình, các thiết bi nung bằng than đá sẽ  cho kết quả không chắc chắn tối đa. Tuy nhiên, kết quả sẽ còn tệ hơn nhiều nếu không dùng phương pháp dự doán bằng CFD

Phương cách để được các lợi ích cuả CFD:

Có 3 cách chính

1. Mướn hay (đầu tư) một bộ mã máy tính và tự học cách dùng nó.

2. Thuê một chuyên viên về sử dụng mã cho bạn và cung cấp kết quả cuả các dự đoán

3. Kiếm cho mình (chưa chắc tìm được) qua Internet một cơ quan chuyên môn tính toán từ xa.

                                     

Dịch từ tài liệu của:

Sally Wilkinson   mailto:sw@cham.co.uk

Concentration, Heat & Momentum Limited

http://www.simuserve.com/