ANSYS Fluent یکی از قدرتمندترین نرم‌افزارهای شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) است که برای تحلیل جریان‌های سیال، انتقال حرارت، واکنش‌های شیمیایی، جریان چندفازی، و بسیاری از پدیده‌های فیزیکی پیچیده دیگر به کار می‌رود. این نرم‌افزار توسط ANSYS Inc. توسعه داده شده و به طور گسترده در صنایع مختلف از جمله خودروسازی، هوافضا، انرژی، شیمی، و صنایع فرآیندی استفاده می‌شود. Fluent با داشتن مدل‌های عددی پیشرفته و توانایی حل مسائل غیرخطی، یکی از ابزارهای اصلی برای شبیه‌سازی مسائل پیچیده مهندسی به شمار می‌رود.

قابلیت‌های اصلی ANSYS Fluent:

1. شبیه‌سازی جریان سیال (Flow Simulation):
   • Fluent قابلیت شبیه‌سازی دقیق جریان سیال‌های مختلف شامل جریان‌های تراکم‌پذیر و تراکم‌ناپذیر، جریان‌های پایا و گذرا و همچنین جریان‌های لزج و غیرلزج را دارد. این نرم‌افزار برای تحلیل جریان هوا، آب و دیگر سیالات در شرایط مختلف صنعتی و مهندسی مناسب است.
2. تحلیل انتقال حرارت (Heat Transfer Analysis):
   • Fluent از شبیه‌سازی انواع مکانیزم‌های انتقال حرارت شامل هدایت، جابجایی و تابش پشتیبانی می‌کند. این ویژگی برای تحلیل سیستم‌های حرارتی، مبدل‌های حرارتی، و مسائل انتقال حرارت در صنایع مختلف مفید است.
3. مدل‌سازی جریان چندفازی (Multiphase Flow):
   • Fluent قابلیت شبیه‌سازی جریان‌های چندفازی شامل فازهای مایع، گاز و جامد را داراست. از مدل‌های چندفازی مانند VOF (Volume of Fluid)، Eulerian و Mixture Model برای شبیه‌سازی فرآیندهای صنعتی مانند حباب‌زایی، جریان‌های دوفازی در لوله‌ها و اسپری‌ها استفاده می‌شود.
4. شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی (Chemical Reactions):
   • Fluent امکان شبیه‌سازی واکنش‌های شیمیایی پیچیده، احتراق، و فرآیندهای تبدیل شیمیایی در سیستم‌های گازی و مایعی را دارد. این ویژگی به ویژه برای شبیه‌سازی احتراق در موتورهای داخلی، کوره‌ها، و راکتورهای شیمیایی کاربرد دارد.
5. شبیه‌سازی توربولانس (Turbulence Modeling):
   • Fluent مجموعه‌ای از مدل‌های مختلف توربولانس شامل k-epsilon، k-omega، Reynolds Stress Model (RSM) و LES (Large Eddy Simulation) را پشتیبانی می‌کند. این مدل‌ها برای تحلیل جریان‌های توربولنت پیچیده به کار می‌روند.
6. مدل‌سازی جریان در محیط‌های متخلخل (Porous Media):
   • Fluent از مدل‌سازی جریان در محیط‌های متخلخل پشتیبانی می‌کند، که برای شبیه‌سازی جریان سیال در فیلترها، بسترهای کاتالیزوری، و محیط‌های طبیعی مانند سنگ‌های متخلخل کاربرد دارد.
7. شبیه‌سازی جریان تراکم‌پذیر (Compressible Flow):
   • Fluent می‌تواند جریان‌های تراکم‌پذیر، مانند جریان‌های مافوق صوت، را شبیه‌سازی کند. این ویژگی برای کاربردهایی نظیر طراحی نازل‌ها، جریان در کمپرسورها و سیستم‌های هوافضا مفید است.
8. مدل‌سازی جریان و انتقال حرارت در سیستم‌های دوار (Rotating Machinery):
   • Fluent از شبیه‌سازی سیستم‌های دوار مانند کمپرسورها، پمپ‌ها، و توربین‌ها پشتیبانی می‌کند و رفتار جریان و انتقال حرارت در این سیستم‌ها را با دقت بالا تحلیل می‌کند.
9. شبیه‌سازی جریان‌های هوا-آکوستیک (Aeroacoustics):
   • Fluent ابزارهایی برای تحلیل نویز و شبیه‌سازی جریان‌های هوا-آکوستیک دارد. این قابلیت برای بررسی تولید نویز در سیستم‌های هوافضا و خودرو کاربرد دارد.
10. بهینه‌سازی و بهینه‌سازی شکل:
    • Fluent به کاربران امکان بهینه‌سازی طراحی‌های خود از طریق ابزارهای بهینه‌سازی پارامتریک و بهینه‌سازی شکل را می‌دهد. این ویژگی برای بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های مکانیکی و حرارتی بسیار مفید است.

کاربردهای ANSYS Fluent در رساله‌های دکتری:

1. شبیه‌سازی جریان سیالات در سیستم‌های پیچیده:
   • دانشجویان دکتری می‌توانند از Fluent برای شبیه‌سازی جریان سیالات در سیستم‌های پیچیده مانند جریان در داخل و اطراف اجسام، کانال‌ها، نازل‌ها و پروفیل‌های ایرودینامیکی استفاده کنند. این قابلیت برای تحقیقات در حوزه هوافضا، خودروسازی، و طراحی تجهیزات سیالاتی بسیار مفید است.
2. تحلیل انتقال حرارت و سیستم‌های حرارتی:
   • Fluent ابزار قدرتمندی برای شبیه‌سازی و تحلیل انتقال حرارت در سیستم‌های پیچیده مانند مبدل‌های حرارتی، پکیج‌های الکترونیکی و سیستم‌های تهویه مطبوع است. دانشجویان می‌توانند از این ابزار برای بهبود کارایی سیستم‌های حرارتی و افزایش بهره‌وری انرژی استفاده کنند.
3. شبیه‌سازی توربولانس و جریان‌های آشفته:
   • مدل‌های پیشرفته توربولانس Fluent به دانشجویان امکان می‌دهد جریان‌های آشفته و پیچیده را به‌صورت دقیق شبیه‌سازی کنند. این قابلیت در زمینه‌هایی مانند طراحی آیرودینامیک و سیستم‌های حمل‌ونقل مفید است.
4. تحلیل سیستم‌های چندفازی و جریان‌های چندفازی:
   • دانشجویان می‌توانند از Fluent برای شبیه‌سازی فرآیندهای چندفازی مانند حباب‌زایی، جریان‌های دو فازی و پدیده‌های انتقال در سیستم‌های شیمیایی استفاده کنند.
5. شبیه‌سازی احتراق و فرآیندهای شیمیایی:
   • در پروژه‌های مرتبط با مهندسی شیمی و مکانیک، Fluent به دانشجویان امکان می‌دهد تا فرآیندهای احتراق، واکنش‌های شیمیایی و تجزیه‌وتحلیل سیستم‌های احتراق داخلی و کوره‌ها را شبیه‌سازی کنند.
6. تحلیل جریان تراکم‌پذیر و مافوق صوت:
   • دانشجویان در زمینه هوافضا و خودرو می‌توانند از Fluent برای شبیه‌سازی جریان‌های تراکم‌پذیر و جریان‌های مافوق صوت در نازل‌ها و اجسام پرسرعت استفاده کنند.

مزایا:

• دقت بالا در مدل‌سازی:
  • Fluent با مدل‌های عددی پیشرفته و دقت بالا یکی از بهترین ابزارها برای شبیه‌سازی مسائل پیچیده سیالاتی و حرارتی است.
• قابلیت شبیه‌سازی پدیده‌های فیزیکی متنوع:
  • Fluent از شبیه‌سازی انواع پدیده‌های فیزیکی مانند جریان سیال، انتقال حرارت، توربولانس، واکنش‌های شیمیایی و جریان‌های چندفازی پشتیبانی می‌کند.
• رابط کاربری گرافیکی قوی:
  • Fluent دارای یک رابط کاربری گرافیکی بسیار قدرتمند است که به کاربران امکان می‌دهد به‌راحتی مدل‌ها را طراحی کنند و نتایج شبیه‌سازی را تحلیل کنند.

معایب:

• پیچیدگی در یادگیری:
  • Fluent به دلیل داشتن قابلیت‌های پیشرفته ممکن است برای کاربران تازه‌کار پیچیده و دشوار باشد و نیاز به آموزش و تجربه بیشتری داشته باشد.
• هزینه بالا:
  • Fluent یک نرم‌افزار تجاری است و هزینه مجوز استفاده از آن می‌تواند بالا باشد، به ویژه برای پروژه‌های کوچک‌تر یا کاربران فردی.

نتیجه‌گیری:

ANSYS Fluent یک نرم‌افزار قدرتمند و پیشرفته برای شبیه‌سازی و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی است که در تحقیقات و پروژه‌های دکتری در زمینه‌های مختلف مانند هوافضا، مکانیک، شیمی و انرژی استفاده می‌شود. این نرم‌افزار به دانشجویان امکان می‌دهد تا مسائل پیچیده سیالاتی و حرارتی را با دقت بالا شبیه‌سازی کرده و بهینه‌سازی کنند. با وجود پیچیدگی آن، Fluent یکی از بهترین ابزارها برای تحقیقات پیشرفته مهندسی به شمار می‌رود.