Hesaplamalı Akı kanlar Dinami i (HAD) Yazılımları

HAD yazılımları yabancı literatürde Computational Fluid Dynamics (CFD) olarak bilinen çok geni kapsamlı yazılımlardır. Akı kanların hareketini belirlemek için, temel denklemlerden ve deneysel sonuçlardan yola çıkarak geli tirilmi bazı matematiksel yöntemler vardır. Bu yöntemlerin sayısal çözümlenmesi, karma ık modeller için ancak bilgisayar deste i ile mümkün olabilmektedir. Sonlu elemanlar gibi sayısal yöntemler kullanılarak geli tirilen matematiksel modeller bilgisayar deste i ile çok hızlı ve etkili bir ekilde çözülebilir. Üç boyutlu modellerde hassas çözüm için sonlu eleman sayısı çok fazla artaca ından çözüm zamanı ve zorlu u da çok fazla artmaktadır. Üç boyutlu hassas çözümlemeler, günümüzde kullanılan hızlı ve bellek kapasitesi yüksek bilgisayarlar yardımı ile yeni yeni mümkün olmaktadır. Hatta bazı problemlerin sayısal çözümlemesi için sadece bir bilgisayar yeterli olmayıp, i lemci ve bellek kapasitesi çok yüksek birden fazla bilgisayarın paralel çalı tırıldı ı sistemler (Beowulf) gerekebilmektedir. Bu konudaki ihtiyaçları kar ılamak için ULAKB M, 2 X Intel (R) Xeon (TM) 2.80GHz i lemci, 2 GB bellek, 600 GB yerel disk içeren bir sunucu ve Intel (R) PIV 2.66 GHz i lemcili ve 1 GB bellek, 80 GB yerel diskli uç birimlerden olu an 128 paralel bilgisayarlı Beowulf sistemini kurmu tur [56].

HAD analizleri için genel bir çözüm algoritması hazırlamak oldukça güç ve çok sayıda ki inin çalı masını gerektirecek bir i lemdir. Literatürdeki sayısal çalı maların ço unda her problem için özel bir yöntem önerilir. Her bir problem için u ra tırıcı matematik modeller kurmak yerine bu konuda yılların birikim ve deneyimleri sonucu hazırlanmı Fluent gibi genel amaçlı HAD yazılımlarının kullanılması çok uygun ve do ru olacaktır.

4.1.1 Fluent programı

Fluent sonlu hacimler yöntemini kullanan bir HAD yazılımıdır. 1983’den bu yana dünya çapında bir çok endüstri dalında kullanılan ve günden güne geli erek tüm dünyadaki HAD piyasasında en çok kullanılan yazılım durumuna gelen Fluent, en ileri teknolojiye sahip ticari HAD yazılımı olarak kullanıcılarının en zor problemlerine kolay ve kısa sürede elde edilen çözümler sunmaktadır.

Fluent programı, çözüm bölgesini bir dizi kontrol hacmine (mesh’e) veya hücreye bölerek (sayısal a olu turulması) kütle, momentum, enerji vs. için genel korunum denklemi kullanır.

Fluent, genel amaçlı bir HAD yazılımı olarak, otomotiv endüstrisi, havacılık endüstrisi, beyaz e ya endüstrisi, turbomakine (fanlar, kompresörler, pompalar, türbinler v.b.) endüstrisi, kimya endüstrisi, yiyecek endüstrisi gibi birbirinden farklı bir çok endüstriye ait akı kanlar mekani i ve ısı transferi problemlerinin çözümünde kullanılabilir. Bu özelli i sayesinde kullanıcısına birbirinden farklı bir çok probleme aynı arayüzü kullanarak çözüm alma olana ı sa lar. Kolay kullanımı ile Fluent, ürün performansını ürün henüz tasarım a amasındayken ölçme, performansı dü üren etkenleri detaylı bir ekilde tespit ederek yine bilgisayar ortamında giderme ve piyasaya iyile tirme i lemleri tamamlanmı son ürünün verilmesini sa lar [57].

Fluent, sahip oldu u ileri çözücü teknolojisi ve bünyesinde barındırdı ı de i ik fiziksel modeller sayesinde laminer ve türbülanslı akı lara, iletim, ta ınım ve ı ınım ile ısı geçi ini içeren problemlere, kimyasal tepkimeleri içeren problemlere, çok fazlı akı ları içeren problemlere hızlı ve güvenilir çözümler üretir.

Fluent 6.2’deki fiziksel modellerin zenginli i, laminer, geçi ve türbülanslı akı ların, ısı transferinin, kimyasal tepkimelerin, çok fazlı akı ların ve di er olguların sayısal a esnekli i ve çözüm tabanlı a uyarlaması ile hassas çözülmesine olanak sa lar.

Fluent programı ile bir problemi çözmek için a a ıdaki temel basamaklar takip edilir [58].

• Problem tanımlama ve ön i lem; 1. lgili modelin amaçlarını belirlemek, 2. Modelleyece iniz alanı belirlemek, 3. Tasarla ve gridi olu tur,

• Çözüm a aması; 4. Sayısal modeli kur,

5. Hesapla ve çözümü görüntüle, • Son i lem;

6. Sonuçları yorumla,

7. De i iklikleri modele ekle.

Fluent 6.2’nın seri ve paralel sürümleri en yaygın UNIX, Windows/NT ve Linux üzerinde çalı maktadır. Fluent programı ile çözüm yapılırken bir çözüm algoritmasına göre i lemler devam eder. Mevcut çözüm algoritması a a ıda ekil 4.1’de verilmi tir [58].

ekil 4.1 Çözüm algoritması 4.1.2. Gambit programı

Gambit, HAD yazılımları ve Sonlu Elemanlar (SE) analizlerinde kullanılabilen genel amaçlı bir ön i lemcidir. Gambit, HAD ve SE analizlerinin üzerinde en fazla vakit harcanan kısmı olan model hazırlama ve sayısal a olu turma i lemlerini, bünyesinde barındırdı ı araçların da yardımıyla, kolayla tırma ve hızlandırmayı amaçlayan bir yazılımdır. Gambit, sundu u araçlarla, kullanıcısına kaliteli bir çözüm için gerekli ilk art olan kaliteli sayısal a a sahip olma imkanı tanır.

Gambit, sahip oldu u katı modelleme araçları sayesinde hem orta derecede karma ık geometrilerin olu turulmasına hem de geli mi geometri alım kapasitesi sayesinde UNIGRAPHICS, I-DEAS, Pro/ENGINEER, CATIA, SOLIDWORKS gibi profesyonel katı modelleme programlarından model alımına olanak tanıyarak kullanıcısına büyük bir esneklik sa lar. Ayrıca kendisine ait “sanal geometri” kavramıyla dı arıdan alınmı modellerdeki en

Grid veya Parametreleri Yenile

Hayır o Evet Hayır Çözüm Parametrelerini Belirle Çözümü Ba lat

Gerekli Çözüm Ekranlarını Etkin Kıl

Çözümü Hesapla

Yakınsaklı ı Kontrol Et

Do rulu u Kontol Et

Son Evet

büyük sorun olan geometri temizleme i lemini kolayla tırarak sayısal a olu umuna uygun modellerin elde edilmesine olanak sa lar.

Gambit, iki boyutta dörtgen ve üçgen elemanların, üç boyutta ise altı yüzlü, dört yüzlü ve geçi elemanları olarak kama tipi ve piramit tipi elemanların kullanımına izin vererek istenilen tipteki sayısal a ın basit ve hızlı bir ekilde olu turulmasına imkan verir. Bununla beraber, “boyut fonksiyonu” ve “sınır tabaka aracı” gibi araçları yardımıyla model içinde ve kritik noktalarda eleman yo unlu unun ve kalitesinin kontrol altında tutulmasına olanak sa lar [57]. Fluent gibi HAD yazılımlarının en büyük dezavantajı çözüm zamanı ve yüksek bellek gereksinimidir. Özellikle üç boyutlu modellerden hassas sonuçlar alabilmek için modeli daha küçük dolayısı ile daha fazla sonlu eleman a ına bölmek gerekmekte ve bu durumda da daha fazla i lemci gücü ve bellek kapasitesine gereksinim duyulmaktadır. Ancak günümüzdeki yüksek hızlı i lemci (Core 2 Due) ve yüksek bellekli en az 512 RAM bilgisayarlarla bile yeterli sayıda sonlu eleman hücresine sahip üç boyutlu modeller çözülebilmektedir. Fluent ile sayısal çözümlerde, her 100.000 üç boyutlu eleman için yakla ık 100 MB RAM’a ihtiyaç duyulur. Çok daha fazla elemanlı model çözümü için veya çözüm zamanını daha azaltmak için paralel i lemci teknolojisinden (Beowulf) yararlanılabilinir [56].