พลศาสตร์ของไหลเชิงคณนา

กลยุทธ์กลไกลทางการคิดคำนวณ (CFD ซี่งย่อมาจาก Computational Fluid Dynamics) คือหนึ่งในกลศาสตร์ที่ใช้ในการคิดและขั้นตอนวิธี (Algorithm) ในการแก้ปัญหาเกี่ยวกับการใช้ความคิดหลงไหลด้านกลยุทธ์ฯ เพื่อการนี้จะถูกนำมาปรับใช้ทัศนคติเพื่อปรับปรุงใหม่ก่อนที่จะสร้างต้นแบบ-แม่แบบ การกระทำ-กิริยาต่อขอบเขตพื้นผิวซึ่งกำหนดโดยสภาวะของแต่ละประเทศ แต่ถ้าว่า ผลลัพธ์ที่ได้นั้นยังประเมินค่าไม่ได้สักน้อยก็ยังเป็นเพียงประเมินสถานการณ์ที่ได้จากในหลากหลายกรณีถึงแม้ว่าจะใช้ภาพเหตุจำลองฯ ถ่ายบนภาพสูงเชิงบวกอย่างต้องขอบคุณเล่ากองทัพอากาศฯ  ถ้าไม่ร่วมมือทั้งประเทศไทย-ต่างประเทศ ความแม่นยำและความเร็วในการคำนวณสถานะการณ์ที่ซับซ้อนนั้นได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นเรื่อย ๆ เช่น การจำลองการไหลแบบเทอร์บิวแลนต์ หรือ Transonic โปรแกรมนี้แต่เดิมถูกนำมาใช้กับการจำลองกังหันลม แต่ปัจจุบันถูกนำมาใช้ในการทดสอบการบินด้วย

 ประวัติและภูมิหลัง 

พื้นฐานของ CFD คือ สมการนาเวียร์-สโตกส์ซึ่งกล่าวถึงการไหลของของไหลหนึ่งเฟส สมการเหล่านี้สามารถลดความยุ่งยากลงได้ด้วยการย้ายเทอมที่เกี่ยวกับความหนืดออกเพื่อให้ได้สมการออยเลอร์ จากนั้นจึงย้ายเทอมที่เกี่ยวกับความเร็วเพื่อให้ได้ สมการเต็มศักยภาพ จากนั้นจึงทำให้เป็นสมการเส้นตรงเพื่อให้ได้ linearized potential equations

ในประวัติศาสตร์แล้ว วิธีการนี้ได้ถูกทำให้เป็น linearized potential equationsในเบื้องต้น ในช่วงทศวรรต 1930 ได้มีการพัฒนาการจำลองการไหลสองมิติรอบ ๆ ทรงกระบอกไปจนถึงการไฟลผ่านปีกเครื่องบิน เนื่องด้วยพัฒนาการของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ การสร้างแบบจำลองสามมิติจึงมีความเป็นไปได้ บทความที่เกี่ยวข้องกับการใช้ linearized potential equations แบบสามมิติในทางปฏิบัตินั้น ถูกตีพิมพ์ครั้งแรกโดย John Hess and A.M.O. Smith จากบริษัทดักลาสการบิน ใน พ.ศ. 2509 วิธีการนี้ทำโดยแบ่งพื้นผิวของรูปทรงออกเป็นแผงๆ (Panel) แยกจากกัน ทำให้วิธีนี้ถูกเรียกว่า Panel Methods วิธีการนี้นั้นง่าย แต่ว่าอยู่ภายใต้ข้อสมมติว่าไม่มีการไหลยกตัว (Lifting Flow) เนื่องจากมีเป้าประสงค์ในการพัฒนาเพื่อการออกแบบตัวเรือและตัวเครื่องบิน โค้ดแรกที่มีการคำนึงถึงการไหลแบบยกตัวเข้าไปด้วยก็คือโค้ด A230 ซึ่งถูกกล่าวถึงในบทความของ Paul Rubbert และ Gary Saaris จากบริษัทโบอิง ใน พ.ศ. 2511 จากนั้นโค้ดสามมิติที่มีความก้าวหน้ามากขึ้นจึงถูกพัฒนาโดยโบอิง (PANAIR, A502), ล็อกฮีท (Quadpan), ดั๊กลาส (HESS), แม็คโดเนล (MACAERO), นาซา (PMARC) และ Analytical Methods (WBAERO, USAERO and VSAERO) โค้ดบางตัว (PANAIR, HESS and MACAERO) ใช้สมการที่มีจำนวนอนุพันธ์มากกว่าและมีการรบกวนเอกลักษณ์ของพื้นผิวมากกว่า ในขณะที่ตัวอื่น (Quadpan, PMARC, USAERO and VSAERO) ในแต่ละแผงจะมีพื้นผิวลักษณะเดียว ข้อดีของโค้ดที่มีจำนวนการรบกวนบนพื้นผิวมากกว่าคือสามารถใช้คอมพิวเตอร์คำนวณได้เร็วกว่า ทุกวันนี้ VSAERO เป็นโค้ดที่ได้รับความนิยมใช้และได้รับการพัฒนาให้มีความสามารถในการคำนวณการไหลที่มีการรบกวนได้มากขึ้น ทุกวันนี้โค้ดนี้ถูกใช้ในการพัฒนาเรือดำน้ำ, ผิวเรือ, อากาศยาน, รถยนต์ และเฮลิคอปเตอร์ USAERO ซึ่งเป็นโค้ดจากบริษัทเดียวกันนั้นถูกใช้ในการคำนวณการไหลที่ไม่คงที่ ใช้มากในการจำลองรถไฟความเร็วสูงและเรือยอร์ชสำหรับแข่งขัน โค้ด NASA PMARC ซึ่งพัฒนามาจากรุ่นแรก ๆ ของ VSAERO และ CMARC ซึ่งเป็นส่วนแยกของโค้ด PMARC เองก็เป็นโค้ดที่มีขายในเชิงพานิชย์

 แหล่งข้อมูลอื่น 
 CFD Tutorial Many examples and images, with references to robotic fish.
 CFD-Wiki
 Course: Introduction to CFD  -- Dmitri Kuzmin (Dortmund University of Technology)

หมวดหมู่:เครื่องมือทางวิศวกรรมศาสตร์