History reminds us of ancient examples of fluid dynamics applications such as the Roman baths and aqueducts that fulfilled the requirements of the engineers who built them; of ships of various types with adequate hull designs, and of wind energy systems, built long before the subject of fluid mechanics was formalized by Reynolds, Newton, Euler, Navier, Stokes, Prandtl and others. The twentieth century has witnessed many more examples of applications of fluid dynamics for the use of humanity, all designed without the use of electronic computers. They include prime movers such as internal-combustion engines, gas and steam turbines, flight vehicles, and environmental systems for pollution control and ventilation. Computational Fluid Dynamics (CFD) deals with the numerical analysis of these phenomena. Despite impressive progress in recent years, CFD remains an imperfect tool in the comparatively mature discipline of fluid dynamics, partly because electronic digital computers have been in widespread use for less than thirty years. The Navier-Stokes equations, which govern the motion of a Newtonian viscous fluid were formulated well over a century ago. The most straightforward method of attacking any fluid dynamics problem is to solve these equations for the appropriate boundary conditions. Analytical solutions are few and trivial and, even with today's supercomputers, numerically exact solution of the complete equations for the three-dimensional, time-dependent motion of turbulent flow is prohibitively expensive except for basic research studies in simple configurations at low Reynolds numbers. Therefore, the "straightforward" approach is still impracticable for engineering purposes

معرفی کتاب

دینامیک سیالات محاسباتی برای مهندسین

با نگاه به تاریخ، مثال­های زیادی از کاربرد دینامیک سیالات در گذشته به چشم می­خورد، نظیر حمام­های روم باستان که به خوبی مهارت مهندسان سازنده خود را آشکار می­‌کنند، انواع مختلف کشتی‌ها و طراحی پیچیده بدنه آنها و سیستم­هایی که با انرژی باد کار می‌­کردند، که تمامی آن­ها به طور تجربی و مدت‌ها قبل از طرح مبحث دینامیک سیالات توسط رینولدز، اویلر، ناویر، استوکس، پرانتل و دیگران انجام می­گرفت. در قرن بیستم شاهد نمونه‌­های بسیار بیشتری از کاربرد دینامیک سیالات در شاخه­ های مختلف بودیم که  تماما بدون بهره‌گیری از کامپیوترها طراحی می‌­شدند و از میان آنان می­توان به موتورهای محرکه اولیه مانند موتور­های احتراق داخلی، توربین­های بخار وگاز، وسایل نقلیه هوایی و طراحی سیستم­های محیطی برای کنترل آلودگی و همچنین تهویه اشاره کرد. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) وظیفه تحلیل و آنالیز این پدیده‌­ها را بر عهده دارد. با وجود پیشرفت چشمگیر در سال­های اخیر، دینامیک سیالات محاسباتی همچنان نسبت به مبحث گسترده دینامیک سیالات که مفاهیم بنیادین زیادی را شامل می­‌گردد، ناقص و خام است که علت این امر شاید محدود بودن استفاده از کامپیوترها در این حوزه به حدود تنها سی سال اخیر است. روابط ناویر-استوکس که حاکم بر حرکت یک سیال ویسکوز نیوتنی است بیش از یک قرن پیش معرفی شده و مستقیم­‌ترین روش حل هر مسئله دینامیک سیالات ، حل این روابط برای شرایط مرزی مناسب است. روش­های تحلیلی کم و ابتدایی هستند و حل عددی دقیق این معادلات برای جریان آشفته سه ­بعدی وابسته به زمان، حتی برای  ابر رایانه­‌های امروزی شدیدا پرهزینه و وقتگیر است مگر برای تحقیقات مقدماتی و مسائل ساده و در اعداد رینولدز پایین. بنابراین روش "مستقیم" کماکان برای اهداف مهندسی کاربردی نمی­‌باشد.