10 bí mật để tạo ra một mô phỏng CFD tuyệt vời

Một chiều thứ Sáu nọ cũng chính là một cơ hội khác để tôi tạo ra mô phỏng CFD thú vị! Những dự án nhỏ đó chúng tôi thực hiện vì sự tò mò vốn có. Những điều đôi khi chúng ta làm chỉ vì chúng ta có thể và chúng tôi làm vì tất cả chúng tôi đều thích năm phút nổi tiếng khi các đồng nghiệp kỹ thuật tặng cho chúng tôi kudo của họ. Nhưng điều quan trọng nhất, chúng tôi làm vì chúng tôi yêu thích cơ học chất lưu.  

Tuy nhiên, bỏ tất cả động lực đó sang một bên, điều gì đã tạo nên mô phỏng CFD thú vị, nổi bật và hấp dẫn ngoài phần lớn các nỗ lực của chúng tôi. Bí mật của những kiệt tác mô phỏng CFD thú vị đã truyền cảm hứng cho mọi người là gì? Câu trả lời trung thực chính là “Tôi không biết”. Nhưng tôi có một số phỏng đoán dựa vào kinh nghiệm của mình. Dưới đây là mười mẹo hàng đầu của tôi để làm cho dự án mô phỏng CFD của bạn trở nên thú vị và truyền cảm hứng cho mọi người hơn.

1. Làm điều đó vì bạn muốn

Bất cứ điều gì bạn chọn để mô phỏng, trước tiên hãy làm điều đó vì bản thân bạn muốn làm. Bởi vì khi đó bạn thực sự muốn thấy nó đang vận hành và có được thông tin chi tiết về kỹ thuật. Một dự án mô phỏng CFD thú vị mà tôi đã làm chỉ vì tôi luôn muốn mô hình thác nước của E.C. Escher. Điều thú vị là nó lột tả một cách độc đáo khái niệm làm điều gì đó vì chính bản thân mình muốn.  

Vào cuối ngày, số 1 sẽ không đảm bảo rằng dự án CFD thú vị của bạn sẽ đến được với đông đảo công mọi người. Nhưng tôi tin chắc rằng đó là một trong những điều kiện tiên quyết để tạo ra dự án có tiềm năng. ‘’Nếu ngay từ đầu bạn chỉ làm việc đó vì lượt thích và lượt chia sẻ thì điều đó sẽ không bao giờ thành công. Hãy tin tôi, tôi đã thử và thất bại nhiều lần.”

2. Làm điều gì đó phải có sự sáng tạo

Sau khi Elon Musk tiết lộ bí mật, bạn đã nhìn thấy bao nhiêu lần mô phỏng khí động học của tàu điện tử Tesla? Thành thật mà nói, sau khi cái thứ năm được thực hiện nhanh chóng và cẩu thả trong hai ngày, tôi đã chán nó đến mức gần như không thể chịu đựng được. CFD có thể được ứng dụng cho rất nhiều thứ. Với công cụ phù hợp, CFD có khả năng vượt xa dòng chảy một pha của ô tô (không nghi ngờ gì nữa, ngay cả công cụ sau cũng có thể có sức hấp dẫn lớn, xem phần 6). Khi bạn muốn làm điều gì đó thu hút sự quan tâm của mọi người, hãy sáng tạo bằng những ý tưởng của bạn.

Lấy ví dụ tuyệt vời này của đồng nghiệp cũ Nipun của tôi: Cốc Pythagoras! Bạn đã bao giờ nghe nói về nó chưa? Tôi cũng chưa nghe, nhưng đó là một phần tuyệt vời của cơ học chất lưu thú vị trong lịch sử, xứng đáng là một mô phỏng CFD hấp dẫn! Và sau đó anh ấy lấy kết quả CFD của mình và in chiếc cốc đó để đánh giá lại xem nó có đạt yêu cầu hay không. Đó là tinh thần của các dự án mô phỏng CFD đầy thú vị! 

Cốt lõi của sự mô phỏng này là một quy trình sáng tạo và sáng tạo là thứ mà đối với nhiều người dường như là một phép màu. Nhưng cần có một số cấu trúc nội tại của sự sáng tạo đó là Robert McKee đã đưa ra định nghĩa tốt nhất về sự sáng tạo mà tôi từng nghe: “Sáng tạo là khi ai đó biết về “X” và “Y” và kết hợp chúng thành “Z” theo cách mà chưa ai từng cho là chúng có thể kết hợp.’’ Điều đó nghĩa là không có gì sai khi tận dụng những gì mà người khác đã làm trước đây. Nhưng có hai điều đáng chú ý: Một là bạn phải biết rất nhiều về X và Y. Hai là CÁCH bạn thực hiện điều đó và SỰ THẤT BẠI mà bạn đã trải qua hoặc LĨNH VỰC mà bạn áp dụng để phân biệt bạn với số đông trước đó đã thực hiện…

3. Quan tâm kể cả những chi tiết nhỏ

Là kỹ sư mô phỏng, chúng tôi đã mất hàng thập kỷ để xây dựng uy tín của CFD đối với các quy trình kỹ thuật nghiêm ngặt. Hàng nghìn kỹ sư CFD đi trước bạn đã dành hàng triệu giờ để có được CFD ổn định như ngày nay. Tuy nhiên, trong khi đó, nhờ các công cụ thương mại với tất cả các khả năng tự động hóa, dễ sử dụng, ổn định, hiệu suất và hậu xử lý, mô phỏng CFD đã trở nên dễ tiếp cận với nhiều người hơn.

Đã qua rồi cái thời mà chỉ những nhà số học chuyên nghiệp mới có thể xử lý các mã code. Nhưng điều đó đưa ra một lời cảnh báo nghiêm túc đối với bất kỳ mô phỏng CFD nào: Ngay cả khi nó chỉ có mục đích giải trí hoặc các chương trình dễ xử lý và những chuyện tồi tệ luôn nằm trong những chi tiết nhỏ. Và chỉ khi bạn sẵn sàng quan tâm đến các chi tiết, bạn sẽ tạo ra mô phỏng CFD chất lượng cao. Để có được một mô phỏng chất lượng cao đòi hỏi phải nghiên cứu các vấn đề dữ liệu lưới, điều kiện biên, lựa chọn mô hình.

Đảm bảo các kỹ sư đồng nghiệp của bạn sẽ nhanh chóng phân biệt được mô hình chất lượng và kém chất lượng. ‘’Đừng phá hủy di sản CFD không còn được gắn cờ động lực học chất lưu đầy màu sắc hoặc màu sắc của những người đi đầu! Bạn có trách nhiệm với mỗi và mọi mô phỏng CFD và các mô phỏng CFD cũng không kém phần thú vị.”

Dưới đây là ví dụ về một ứng dụng hoàn toàn vô nghĩa vẫn được thực hiện với sự đầu tư kỹ thuật tối đa:

“Máy phát nhạc Giáng sinh.” Nhìn thì có vẻ vui nhộn nhưng thực chất đây là một mô phỏng động cơ đốt trong với các van chuyển động (cây thông Noel) và piston (bán cầu thủy tinh), ống phun nhiên liệu (cây chổi), hệ thống đánh lửa (đánh lửa bằng tia đánh lửa cà rốt) và động cơ đốt cháy. Không ràng buộc về sự chính xác. Đó chính là ý nghĩa của việc quan tâm chi tiết tường tận.

4. Chuẩn bị cho việc đầu tư mô hình nhiều hơn bạn nghĩ

Nếu bạn coi trọng số 3, tôi có thể nói với bạn rằng bạn sẽ luôn gặp phải số 4. Bản chất số 2 này ngụ ý rằng bạn có thể sẽ khám phá một điều gì đó mà bạn chưa từng làm, nghĩa là bạn sẽ mắc phải những cái bẫy mà bạn không thể thấy sắp tới, bạn cần phải tìm ra giải pháp cho những vấn đề mà bạn không ngờ tới, chúng giúp bạn hiểu được vấn đề yêu cầu cách thức vật lý phức tạp hơn, dữ liệu lưới mịn hơn và thời gian phù hợp hơn bạn từng nghĩ.

Tóm lại, bạn sẽ tạo ra sự đổi mới. Tôi cho rằng nó được gọi là “trải nghiệm” khi bạn giảm tỷ lệ thời gian dự kiến ban đầu so với thời gian thực tế của dự án CFD thú vị theo thứ tự đã thống nhất. Hiện tại, các dự án mô phỏng CFD thú vị thường mất thời gian lâu hơn gấp 10 lần so với dự đoán ban đầu của tôi. Một loạt các dự án không bao giờ được hoàn thành vì hoá ra chúng phức tạp hơn ban đầu tôi nghĩ. Trong khi rõ ràng là tôi có kinh nghiệm.  

Một trong số những thất bại của cá nhân tôi là vụ phóng tên lửa Saturn V. Tôi muốn phóng tên lửa vào dịp kỷ niệm 50 năm ngày thành lập Apollo 11. Năm ngoái, tôi đã có kế hoạch cuối cùng là tạo bản sao kỹ thuật số cho chương trình phát sóng ban đầu của NASA về vụ phóng tên lửa từ năm 1969. Cuối cùng thì kỷ niệm 50 năm cũng trôi qua, tên lửa của tôi đã cách bệ phóng vài inch. Tất cả những gì tôi có là một vài ảnh chụp màn hình yêu thích vào thời điểm lễ kỷ niệm diễn ra. Sau nhiều ngày đầu tư cho dự án, tôi không bao giờ đưa ra cách tiến hành. Tôi vấp phải sự cầu toàn của chính mình và nhận ra rằng khoa học tên lửa thực sự là khoa học tên lửa.

Bây giờ, mặc dù có 10 năm kinh nghiệm CFD, tôi dường như vẫn còn khá tệ trong dự báo thực tế! Tuy nhiên, tôi đã hứa sẽ thực hiện bộ đôi kỹ thuật số đó của video Khởi động Apollo nhân dịp kỷ niệm 100 năm. Tuy nhiên, tôi đã rất may mắn. Với việc tinh chỉnh dữ liệu lưới thích ứng và bộ giải kết hợp tự động, hai tính năng mới đi kèm này có thể giúp tôi thoát khỏi thất bại hoàn toàn. Lần này tôi bắt đầu thấy mình thật nhỏ bé, nhưng “Saturn V, tôi sẽ bắt kịp bạn…”

5. Tạo sự tò mò và truyền tải thông tin chi tiết

Đây là chìa khóa của mọi câu chuyện thú vị được kể. Các mô phỏng CFD vui nhộn cũng không có gì khác ngoài một câu chuyện được kể dưới dạng kỹ thuật có sự hỗ trợ của máy tính. Cốt lõi của việc kể chuyện là ý tưởng gắn kết người nghe với câu chuyện, tạo ra sự hồi hộp để giữ liên kết, đặt ra câu hỏi “Chuyện này sẽ diễn ra như thế nào?” và sau đó vào thời điểm căng thẳng nhất, trước sự lựa chọn mang tính quyết định cuối cùng của người kể chuyện sẽ đem đến một cái nhìn sâu sắc mà khán giả chưa từng có trước đây.

Tất nhiên bây giờ, việc chuyển dạng hình thức lý tưởng này sang một mô phỏng CFD thực sự khó khăn. Tuy nhiên, đối với dự án vui nhộn CFD của bạn và bất cứ điều gì bạn mô phỏng, khi bạn muốn khiến mọi người tham gia vào dự án đó thì đòi hỏi nó cần phải cung cấp cho họ những điều họ chưa biết hoặc thậm chí chưa nghĩ đến.

Điều này không phải lúc nào cũng tầm thường nếu bạn đang kể chuyện cho các kỹ sư có kinh nghiệm. Nhưng nếu bạn có thể xác định những điểm đặc đặc biệt đó ở góc độ giải trí và với vốn kiến thức của kỹ sư, dự án mô phỏng CFD vui nhộn của bạn sẽ trở thành một quả bom tấn.

Một ví dụ tuyệt vời về việc cung cấp những hiểu biết sâu sắc chưa từng có là dự án của các đồng nghiệp của tôi là Prashanth và Stephen. Trong một phân tích CFD thú vị, họ đã khám phá ra thủ thuật khí động học giúp bạn có thể chạy marathon trong vòng chưa đầy hai giờ.

Một ví dụ khác, với cái nhìn sâu sắc đến từ đồng nghiệp Robin của tôi. Với hàng loạt blog của mình về nhiệt độ cảm ứng, anh ấy đã cung cấp thông tin chi tiết về “Tại sao mũ xông hơi bằng len lại là ví dụ điển hình còn ghế xông hơi bằng kim loại thì không?’’. Vì vậy, anh ấy chỉ trả lời những câu hỏi mà tất cả chúng ta luôn tự hỏi chính mình. Hay thậm chí là chúng tôi không biết rằng chúng tôi nên tự hỏi chính mình từ lâu!

6. Làm cho mô phỏng dễ tiếp cận với mọi người

Những kỹ sư cùng chung một nhóm còn “những người bình thường” là một lượng lớn khán thính giả. Nếu bạn thực sự muốn giúp dân chủ hóa CFD thì nhóm sau nên là mục tiêu của bạn giống như nhóm trước.

Nếu bạn có thể thực hiện điều đó với mô phỏng của mình thì dự án mô phỏng CFD thú vị của bạn sẽ thành công. Bây giờ tôi hiểu việc làm hài lòng kỹ sư CFD lâu năm không phải là một việc dễ dàng vì đó là chi tiết mô hình nhiễu loạn và đồng thời sẽ khá khó khan đối với nhóm còn lại. Nhưng sau tất cả chúng ta đều là con người!

Một trong những ví dụ yêu thích của tôi về cách để thực hiện điều đó là phát minh của đồng nghiệp Mohammed với mô hình nướng bậc thầy của anh ấy  đã tiết lộ bí mật CFD mà anh ấy vừa hoàn thành nó. Ý tôi là tất cả mọi người đều yêu thích BBQ nhưng chưa ai từng nghĩ về nó như một kỹ sư CFD. Hoặc có thể đã có người nghĩ đến nhưng chưa thực hiện mãi cho đến khi khói của thứ này xuyên qua mái nhà.

Một ví dụ khác để liên quan đến lượng khán giả lớn hơn là dự án tuyệt vời của đồng nghiệp cũ Chris Beves của tôi:

Trở lại với nhận xét của tôi về Tesla Cyber Truck ở phần 2. Vâng, Chris cũng đã làm về khí động học bên ngoài, tuy nhiên anh ấy rất nghiêm túc với phần 3 ngay cả khi mọi kỹ sư CFD đều có ý tưởng về khí động học. Blog của anh ấy sẽ cho chúng ta thấy từ kiến thức này đến kiến thức khác bằng sự lựa chọn những gì anh ấy đã xem – những chiếc xe Công thức 1 lịch sử với những chiếc xe CFD hiện đại.

Đồng thời, khán giả được mở rộng tầm mắt hơn không chỉ với khí động học: Người đam mê Công thức 1 đã tham gia vào câu chuyện giống như các kỹ sư chuyên nghiệp. Ngay cả sau một vài năm, câu chuyện vẫn cuốn hút như một nam châm.

Và cuối cùng, bạn của tôi – Prashanth đã đưa CFD lên một tầm cao mới. Đối với ngày “Trở lại tương lai” (xem phần 8), anh đã nghiên cứu khí động học của tàu Delorean với những hiểu biết sâu sắc về hiệu suất bay của nó và gây được tiếng vang lớn trên mạng xã hội.

7. Hậu xử lí pháo hoa trực quan

Tôi rất thích điều đó. Bởi vì nó luôn là một lời mời cho những người CFD cũ của trường học nhảy lên chuyến tàu “màu sắc dành cho người sáng lập/ động lực học chất lỏng đầy màu sắc” đã cũ.

Đây là câu trả lời của tôi dành cho mọi người, được truyền cảm hứng từ một trong những huyền thoại khoa học của cá nhân tôi – Richard Feynman:

Feynman: “Tôi có một người bạn là nghệ sĩ [..]. Anh ấy sẽ giơ một bông hoa lên và nói “Tôi với tư cách là một nghệ sĩ có thể thấy nó đẹp như thế nào nhưng bạn với tư cách là một nhà khoa học thì bạn sẽ không thể hiểu được điều này và nó trở thành một thứ buồn tẻ”, Feynman nói: “Tôi có thể đánh giá cao vẻ đẹp của một bông hoa.

Đồng thời [..] Tôi có thể tưởng tượng ra các tế bào trong đó, các hoạt động phức tạp bên trong cũng có vẻ đẹp ở kích thước nhỏ hơn [..] Thực tế là màu sắc của hoa phát triển để thu hút côn trùng đến thụ phấn […] thêm một câu hỏi: liệu tính thẩm mỹ này có tồn tại ở các dạng thấp hơn không? Tại sao nó lại mất thẩm mỹ?

”Tất cả các câu hỏi thú vị về kiến thức khoa học chỉ làm tăng thêm sự phấn khích, bí ẩn và thu hút của một bông hoa. Nhưng tôi tang thêm sự tò mò với chúng chứ không biết phải giảm đi như thế nào.”

Bây giờ tôi không dám cạnh tranh với Feynman, nhưng đổi lại tôi có một người bạn là kỹ sư và bất cứ lúc nào anh ấy nhìn thấy một số hậu xử lí  CFD tuyệt đẹp, anh ấy sẽ nói “Tôi là một kỹ sư có thể hiểu tất cả các chi tiết đằng sau hậu xử lí đó nhưng bạn là một nhà tiếp thị có thể làm cho tất cả những thứ này trông thật sang trọng và nổi bật.

”Chà, bạn của tôi, hậu xử lí đẹp chỉ làm tăng thêm sự thú vị, bí ẩn và hấp dẫn của CFD. Nó chỉ thêm vào. Tôi không hiểu nó trừ đi như thế nào.”

Cho dù bạn có thực hiện hậu xử lí hình ảnh đẹp hay không (và vì lợi ích của toàn bộ blog này hay không thì tôi thực sự khuyên bạn nên làm như vậy), hoàn toàn KHÔNG liên quan đến việc KẾT QUẢ đằng sau vẻ đẹp đó là tốt hay xấu! Đưa chúng tôi trở lại phần 3.

Và đây là điều yêu thích của cá nhân tôi khi nói đến hậu xử lí bắt mắt. Khung cảnh quá lãng mạn đến nỗi thứ đó đã xuyên qua mái nhà vào ngày lễ tình nhân, đó là một mô phỏng CFD chân thực của người đồng nghiệp Leo Becker của tôi.

Ở mặt khác của quang phổ lãng mạn: Để có một chuyến lái xe CFD ấn tượng (không liên quan đến bắn súng), tôi đã phải đánh bóng vành bánh xe cho đồng nghiệp và người đam mê xe hơi Peter trong nửa ngày cho đến khi họ được chứng kiến chất lượng của các mô phỏng khí động học cơ bản.

8. Đảm bảo mô phỏng CFD thú vị của bạn có liên quan

Lễ Giáng sinh, giải vô địch bóng đá thế giới, Halloween, ngày St. Patricks, giải Siêu cúp Bóng Bầu dục Mỹ Superbowl, … Đó là 101 nhà tiếp thị có những thứ đó trong lịch trình và sau đó có một số mô phỏng CFD thú vị diễn ra ngay tại chỗ (xem dự án của tôi trong lần thứ 50 Kỷ niệm 11 năm Apollo).

Nếu thực hiện đúng và hoàn thành đúng thời gian, số 8 sẽ là một sự thúc đẩy lớn – nếu không phải là thúc đẩy mô phỏng CFD thú vị của bạn đi khắp thế giới: Hai ví dụ tuyệt vời bắt nguồn từ đồng nghiệp của tôi Prashanth, người đã tham gia FIFA World Cup và Siêu cúp bóng bầu dục Superbowl. Các mô phỏng được thực hiện một cách cẩn thận, sâu sắc, phù hợp với một lượng lớn khán giả và được trình bày ngay tại chỗ. Kết quả được theo dõi trên mạng xã hội.

9. Thực hiện dự án mô phỏng CFD vui nhộn một cách nghiêm túc

Chúng được gọi là các dự án mô phỏng CFD vui nhộn, nhưng bí quyết để tạo ra thứ gì đó có tầm ảnh hưởng với thế giới là thực hiện nó một cách nghiêm túc từ góc độ kỹ thuật như bất kỳ thách thức kỹ thuật thực sự nào! Hãy cẩn thận làm theo các mẹo từ 1 đến 10 và khả năng cao là bạn sẽ thành công.

10. Chọn một công cụ thú vị để làm việc

Mặc dù phần số 9 nghe có vẻ khó khăn thì số 10 là chìa khóa thành công cuối cùng: Một dự án mô phỏng CFD vui nhộn phải được tiến hành với niềm vui. Và trong khi có lẽ tất cả chúng ta đều thích làm CFD, còn một điều có thể làm tăng thêm niềm vui – đó chính là sử dụng bộ công cụ phù hợp:

• Simcenter STAR-CCM +, một phần mềm động lực học chất lưu tính toán đa vật lý hoàn chỉnh cho phép các kỹ sư CFD mô phỏng các sản phẩm và thiết kế hoạt động trong các điều kiện thực tế.
• Simcenter FlOEFD cho phép các kỹ sư thiết kế khám phá đầy đủ không gian thiết kế bằng cách tải trước dòng chất lưu và trao đổi nhiệt trong quá trình thiết kế thông qua mô phỏng CFD nhúng dữ liệu CAD.

Nguồn: Siemens

Công ty TNHH Công Nghệ Số SDE (SDE TECH) được thành lập năm 2014. Đến năm 2018, chúng tôi vinh dự trở thành Smart Expert Partner – đối tác hàng đầu của Siemens Digital Industries Software tại Khu Vực Đông Nam Á – Thái Bình Dương cho các giải pháp Siemens NX (Unigraphics NX), Simcenter, Solid Edge, Tecnomatix và giải pháp quản lý Teamcenter. Quý doanh nghiệp, khách hàng có nhu cầu liên hệ SDE TECH theo thông tin sau:

• E-mail: sales@sde.vn – tech@sde.vn
• Hotline: 0909 107 719
• Website: www.sde.vn