کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی

معرفی کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی

کتاب الکترونیکی «روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی (مقدمه‌ای پیشرفته با ۸۲ و ۷۱۲۰۱)» نوشتهٔ اف. مقلد، ال. منگانی و ام. درویش و با ترجمهٔ حسین الیاسی توسط نشر متخصصان منتشر شده است. این کتاب به بررسی روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی می‌پردازد و به عنوان یک منبع پیشرفته برای دانشجویان و پژوهشگران حوزهٔ مهندسی مکانیک و فیزیک سیالات طراحی شده است. نسخه الکترونیکی این اثر را می‌توانید از طاقچه خرید و دانلود کنید.

درباره کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی

این کتاب به عنوان یک مرجع جامع و پیشرفته در زمینهٔ روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نگاشته شده است. نویسندگان با تکیه بر تجربیات چند دهه تدریس و پژوهش، تلاش کرده‌اند تا مفاهیم پایه و پیشرفتهٔ این حوزه را به صورت گام‌به‌گام و با استفاده از مثال‌ها و تمرین‌های متعدد توضیح دهند. کتاب در چهار بخش اصلی سازمان یافته است: مبانی، محاسبات عددی، الگوریتم‌ها و کاربردها. هر فصل با بخشی به نام «نشانگرهای محاسباتی» به پایان می‌رسد که به مسائل اجرایی و پیاده‌سازی کدهای عددی می‌پردازد. این اثر علاوه بر پوشش کامل اصول روش حجم محدود، به بررسی جزئیات پیاده‌سازی الگوریتم‌ها در نرم‌افزارهای تخصصی و کدهای آموزشی نیز می‌پردازد. کتاب برای تدریس در دوره‌های کارشناسی ارشد و دکتری و همچنین به عنوان مرجع برای پژوهشگران و مهندسان فعال در حوزهٔ شبیه‌سازی عددی سیالات مناسب است. سال نگارش کتاب به دوره‌ای بازمی‌گردد که دینامیک سیالات محاسباتی به عنوان ابزاری کلیدی در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی، انرژی و پزشکی جایگاه ویژه‌ای یافته است.

خلاصه کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی

این کتاب با مروری بر جایگاه دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در علوم مهندسی آغاز می‌شود و اهمیت شبیه‌سازی عددی را در حل مسائل پیچیدهٔ جریان سیال و انتقال حرارت برجسته می‌کند. سپس، روش حجم محدود به عنوان یکی از تکنیک‌های اصلی گسسته‌سازی معادلات دیفرانسیل جزئی معرفی می‌شود. در بخش مبانی، مفاهیم پایه‌ای مانند بردارها، ماتریس‌ها، تنسورها و عملیات ریاضی مرتبط با آن‌ها شرح داده می‌شود. اصول پایستاری حاکم بر جریان سیال، شامل معادلات پیوستگی، تکانه و انرژی، به تفصیل بررسی شده و ساختار کلی معادلات ناویر-استوکس تبیین می‌گردد. مراحل مختلف گسسته‌سازی دامنه هندسی و معادلات دیفرانسیل، تولید شبکه‌های محاسباتی و حل دستگاه معادلات جبری از دیگر محورهای اصلی کتاب است. بخش محاسبات عددی به گسسته‌سازی حملات مختلف معادلات پایستاری (انتشار، همرفت، ناپایا و منبع) و روش‌های حل دستگاه‌های جبری می‌پردازد. الگوریتم‌های پیش‌بینی جریان‌های تراکم‌ناپذیر و تراکم‌پذیر، پیاده‌سازی شرایط مرزی و مدل‌سازی جریان‌های آشفته نیز به طور مفصل بررسی شده‌اند. در بخش کاربردها، مثال‌هایی از شبیه‌سازی جریان‌های آشفته و نحوهٔ استفاده از کدهای عددی ارائه شده است. کتاب با نکات اجرایی و توصیه‌هایی برای پیاده‌سازی عملی کدهای CFD به پایان می‌رسد.

چرا باید کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی را خواند؟

این کتاب با رویکردی تحلیلی و اجرایی، پلی میان مفاهیم نظری و پیاده‌سازی عملی در دینامیک سیالات محاسباتی ایجاد می‌کند. خواننده با مطالعهٔ این اثر، علاوه بر درک عمیق اصول روش حجم محدود، با چالش‌های عددی و الگوریتمی رایج در شبیه‌سازی جریان سیال آشنا می‌شود. تمرین‌ها و مثال‌های متعدد، امکان یادگیری فعال و کاربردی را فراهم می‌کند و بخش‌های مربوط به کدنویسی و پیاده‌سازی، دانشجویان و پژوهشگران را برای توسعهٔ نرم‌افزارهای تخصصی آماده می‌سازد. این کتاب به ویژه برای کسانی که قصد دارند در حوزهٔ شبیه‌سازی عددی سیالات به صورت حرفه‌ای فعالیت کنند، ارزشمند است.

خواندن کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی را به چه کسانی پیشنهاد می‌کنیم؟

این کتاب برای دانشجویان کارشناسی ارشد و دکتری مهندسی مکانیک، هوافضا، فیزیک و رشته‌های مرتبط با دینامیک سیالات محاسباتی مناسب است. همچنین پژوهشگران و مهندسانی که در زمینهٔ شبیه‌سازی عددی جریان سیال، انتقال حرارت و توسعهٔ کدهای CFD فعالیت دارند، می‌توانند از مطالب این کتاب بهره‌مند شوند. برای کسانی که به دنبال درک عمیق‌تر روش حجم محدود و پیاده‌سازی آن در مسائل صنعتی و پژوهشی هستند، این اثر توصیه می‌شود.

فهرست کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی

- بخش اول: مبانی و مقدمات - معرفی دینامیک سیالات محاسباتی و روش حجم محدود، فلسفه و ساختار کتاب - عناصر جبر خطی: بردارها، ماتریس‌ها، تنسورها و عملیات آن‌ها - اصول پایستاری: معادلات پیوستگی، تکانه و انرژی، معادلات ناویر-استوکس - مراحل گسسته‌سازی: مدل‌سازی هندسی، تولید شبکه، گسسته‌سازی معادلات و حل دستگاه جبری - تولید شبکه‌های حجم محدود و محاسبه اطلاعات هندسی و توپولوژیکی- بخش دوم: محاسبات عددی - گسسته‌سازی جمله انتشار و همرفت، روش‌های درون‌یابی و شرایط مرزی - تکنیک‌های ارزیابی گرادیان و درون‌یابی روی شبکه‌های مختلف - حل‌کننده‌های دستگاه‌های جبری: روش‌های مستقیم و تکراری، پیش‌شرط‌سازی و رویکرد چندشبکه‌ای - گسسته‌سازی جمله ناپایا و منبع، خطی‌سازی و شاخص‌های همگرایی- بخش سوم: الگوریتم‌ها - الگوریتم‌های پیش‌بینی جریان‌های تراکم‌ناپذیر و تراکم‌پذیر - پیاده‌سازی شرایط مرزی و مدل‌سازی جریان‌های آشفته- بخش چهارم: کاربردها - شبیه‌سازی جریان‌های آشفته، مدل‌های آشفتگی و شرایط مرزی خاص - مثال‌های عددی و نکات اجرایی برای پیاده‌سازی کدهای CFDهر فصل با تمرین‌ها و بخش «نشانگرهای محاسباتی» برای پیوند مفاهیم نظری با پیاده‌سازی عملی همراه است.

بخشی از کتاب روش حجم محدود در دینامیک سیالات محاسباتی

«ما به معنای واقعی کلمه در نقطه مهمی از تاریخ قرار داریم. شاخه سوم روش علمی، شبیه‌سازی کامپیوتری، به عنوان یک ابزار روزمره در حال ظهور است. این نظریه در کنار توسعه تجربی و نظریه‌های ریاضی به عنوان راهی برای اکتشافات جدید در علم و مهندسی در حال شکل‌گیری است.»اگرچه به طور کلی اشاره به این حملات و یا اظهارات مشابه در مورد اهمیت ابزارها و تکنیک‌های شبیه‌سازی در پیشرفت علم و فن‌آوری امری رایج است، اکنون دیگر حیاتی بودن استفاده از ابزارهای شبیه‌سازی برای توسعه طیف گسترده‌ای از فن‌آوری‌های روزمره بسیار واضح است. در واقع ابزارهای شبیه‌سازی عددی امروزه نقش فعال‌کننده‌های فن‌آوری را ایفا می‌کنند.دینامیک سیالات محاسباتی یکی از این ابزارها است. اگرچه انگیزه توسعه آن در ابتدا توسط برخی از بخش‌های صنعت هوانوردی و هوافضا فراهم شد، لکن رشد روزافزون آن را به ابزاری ضروری در طیف وسیعی از دیگر صنایع متمرکز بر طراحی مانند خودروسازی، تولید برق، صنایع شیمیایی، هسته‌ای و دریایی تبدیل کرده است که به چند مورد از آن‌ها اشاره می‌کنیم. در طول دهه گذشته صنایع جدیدتری به صف کاربران سنگین CFD پیوسته‌اند: به عنوان مثال در صنعت الکترونیک برای بهینه‌سازی سیستم‌های انرژی و انتقال حرارت برای خنک‌سازی دستگاه‌های الکترونیکی به کار می‌رود، در صنعت پزشکی در حال حاضر یک ابزار اصلی توسعه و اعتبارسنجی برای کاربردهای پزشکی است و در صنعت ساختمان (گرمایش، هوا رسانی، تهویه مطبوع) استفاده می‌شود.این اتفاقات در کمتر از دو دهه پس از سخنان حان رولویگن و بیش از چهار دهه پس از توسعه نسخه بدوی الگوریتم SIMPLE توسط گروه برایان اسپالدینگ در کالج سلطنتی در اوایل دهه ۷۰ میلادی رخ داده است.