رنگی‌ترین تصویر دنیای مهندسی

خبرآنلاین: با سی.اف.دی می‌توان تاثیرات متقابل کوچک‌ترین اجزای یک سازه را در برابر سیالات محاسبه کرد. این تصویر نیز نتیجه شبیه‌سازی سی.اف.دی برای یک دوچرخه‌سوار است.

خیلی از افرادی از دوچرخه استفاده می‌کنند، کمترین توجهی به ویژگی‌های آیرودینامیکی دوچرخه، کلاه ایمنی و چگونگی پدال زدن ندارند. اما برای ورزشکاران و دوچرخه‌سواران حرفه‌ای کوچک‌ترین جزئیات آیرودینامیکی می‌تواند به اختلاف چندصدم ثانیه‌ای در نتیجه رقابت منجر شود.

به گزارش نیوساینتیست، پیشرفته‌ترین دوچرخه‌ها و کلاه‌های ایمنی که می‌توان در بازار برای استفاده‌های روزمره پیدا کرد، برای کاهش مقاومت هوا طراحی شده‌اند. اما تیم‌های حرفه‌ای دوچرخه‌سواری با استفاده از کمک‌های فیزیک‌دانان و مهندسان مکانیک سیالات و شبیه‌سازی‌های سی.اف.دی (دینامیک محاسباتی سیالات) می‌توانند تک‌تک اجزا را با دقت تحلیل و بهترین طراحی را برای دست‌یابی به بالاترین راندمان انجام دهند.

برخلاف تونل باد، سی.اف.دی این امکان را در اختیار تحلیل‌گر قرار می‌‌دهد تا سهم هر قطعه را در مقاومت هوا مشخص کند. سی.اف.دی برنامه‌ای است که با حل عددی معادلات دیفرانسل حاکم بر رفتار سیالات (مانند هوا) می‌تواند سرعت، فشار و دیگر ویژگی‌های شاره مورد نظر را در هر نقطه از اطراف جسم تعیین کند. به خاطر این حجم عظیم اطلاعات، بسیاری از مهندسان سی.اف.دی را رنگی‌ترین تکنیک مهندسی لقب داده‌اند!

تا چند سال پیش، هزینه استفاده از سی.اف.دی بسیار بالا بود و به همین دلیل فقط در رقابت‌های پردرآمدی مانند فرمول‌وان و قایق‌رانی بادبانی از سی.اف.دی برای بهبود طراحی استفاده می‌شد، اما هزینه محاسبات سی.اف.دی هم‌اکنون کاهش پیدا کرده و می‌توان در رشته‌های دیگر هم از آن استفاده کرد. برای مثال، گروه تحقیقات مهندسی ورزش در دانشگاه شفیلد هالام انگلستان چند وقتی است که به تیم دوچرخه‌سواری انگلستان مشاوره می‌دهد.


در تصویر فوق، نتایج محاسبات سی.اف.دی برای یک دوچرخه ترای‌اثلون به نمایش درآمده است. نواحی زرد و سفید روی دوچرخه و بدن دوچرخه‌سوار نشان‌دهنده بالاترین میزان مقاومت هوا است. ۷۲درصد نیروی مقاومت هوا در اثر تعامل هوا با بدن دوچرخه‌سوار ایجاد می‌شود که بیشترین سهم هم مربوط به پاهای دوچرخه‌سوار است. سهم بدنه دوچرخه، میله فرمان و دسته‌ها ۵.۷ درصد است و دنده‌ها هم ۵.۲ درصد تاثیر دارند. قمقمه آب هم چند آیرودینامیک نیست و به تنهایی مسبب ۴.۵ درصد از نیروی مقاومت هوا است. سیم‌های خارجی هم ۳.۸درصد تاثیر دارند و این بهانه خوبی است برای آن‌که در طراحی‌های جدید همه آنها را درون بدنه کار بگذارند.

نوارهای رنگی که در پشت دوچرخه‌سوار می‌بینید، جریان هوای پشت دوچرخه‌سوار را نشان می‌دهد که رنگ سفید مربوط به جریان پرسرعت هوا و رنگ‌های صورتی-آبی مربوط به جریان‌های کم‌سرعت هوا است.