কম্পিউটেশনাল ফ্লুইড ডাইনামিক্স কী ??

কম্পিউটেশনাল ফ্লুইড ডাইনামিক্স, বা CFD হল একটি শক্তিশালী টুল যা তরলপ্রবাহকে অধ্যয়ন ও বিশ্লেষণ করার পদ্ধতিতে বিপ্লব ঘটিয়েছে। এটি জটিল তরলগতিবিদ্যার সমস্যা অনুকরণ করতে, তরল আচরণের ভবিষ্যদ্বাণী করতে এবং ব্যয়বহুল এবং সময়সাপেক্ষ পরীক্ষা-নিরীক্ষা না করেই ইঞ্জিনিয়ারিং ডিজাইনগুলিকে উপযুক্ত মাত্রায় কর্মক্ষম করতে (অপ্টিমাইজ করতে) সাহায্য করে। কিন্তু এর সূচনা কোথা থেকে ? আসুন CFD-এর ইতিহাস এবং এটি সময়ের সাথে কীভাবে বিবর্তিত হয়েছে তা দেখে নেওয়া যাক।

লুইস ফ্রাই রিচার্ডসন শুধুমাত্র কম্পিউটেশনাল ফ্লুইড ডাইনামিকসের পথিকৃৎ ছিলেন না, একই সঙ্গে একজন আবহাওয়াবিদও ছিলেন। তিনি আবহাওয়ার বৈচিত্রে মুগ্ধ হয়েছিলেন এবং এ বিষয়ে নির্ভুল ভবিষ্যদ্বাণী করার একটি উপায় খুঁজে পেতে চেয়েছিলেন। এটি তাঁকে আংশিক ডিফারেনশিয়াল সমীকরণগুলি সমাধান করার জন্য তার নিউমারিকাল পদ্ধতির বিকাশ ঘটাতে সাহায্য করেছিল যা তরলপ্রবাহের বর্ণনা দেয়। রিচার্ডসনের কাজ ছিল যুগান্তকারী, কিন্তু সেই সময়ে গণনার ক্ষমতার অভাবে এটি সীমিত ছিল। এমনকি আজকের সেরা কম্পিউটারগুলির সাথেও, এ পদ্ধতিটি শুধুমাত্র খুব সাধারণ তরলপ্রবাহের মডেল করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে৷ CFD , গবেষকদের জন্য একটি ব্যবহারিক হাতিয়ার হিসেবে যথেষ্ট শক্তিশালী ছিল না ১৯৫০ এবং ৬০-এর দশকের ডিজিটাল কম্পিউটারগুলি আসার আগে অবদি ৷ জন ফন নিউম্যান এবং স্ট্যানিসলা উলাম প্রথম তরলের আচরণকে অধ্যয়ন করার জন্য কম্পিউটার ব্যবহার করেন। তারা নতুন নিউমারিকাল পদ্ধতি তৈরি করেছিলেন যা CFD সিমুলেশনের নির্ভুলতা এবং দক্ষতার মান উন্নত করেছে। আরও শক্তিশালী কম্পিউটারের আবির্ভাবের সাথে CFD , বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীদের জন্য একটি ক্রমবর্ধমান গুরুত্বপূর্ণ হাতিয়ার হয়ে উঠেছে। প্রথম সত্যিকারের ব্যবহারিক CFD সফ্টওয়্যারটি ম্যাকডোনেল ডগলাস এবং আইবিএম-এর মতো কোম্পানিগুলি ১৯৭০ সালে তৈরি করেছিল। এই সফ্টওয়্যারটি তুলনামূলকভাবে অল্প সময়ের মধ্যে জটিল তরল প্রবাহর ক্রিয়া অনুকরণ সম্ভব করেছে। ফলস্বরূপ, মহাকাশ / অটোমোবিল /তেল/ গ্যাস পর্যন্ত শিল্পের বিস্তৃত পরিসরে CFD ব্যবহার করা শুরু হয়। আজ, CFD বিভিন্ন ক্ষেত্রে কর্মরত প্রকৌশলী এবং বিজ্ঞানীদের জন্য একটি অপরিহার্য হাতিয়ার। এটি বিমান বা গাড়ি থেকে বিল্ডিং এবং সেতু সবকিছু ডিজাইন করতে ব্যবহৃত হয়। CFD সিমুলেশন ইঞ্জিনিয়ারদের ডিজাইন অপ্টিমাইজ করতে, খরচ কমাতে এবং নিরাপত্তা বাড়াতে সাহায্য করে। আরও শক্তিশালী কম্পিউটার এবং আরও পরিশীলিত সংখ্যাসূচক / নিউমারিকাল পদ্ধতির ক্রমাগত বিকাশের সাথে, CFD-র ভবিষ্যত উজ্জ্বল।

CFD-র অন্যতম প্রধান সুবিধা হল বাস্তব-বিশ্বের পরিস্থিতিতে তরলের আচরণের পূর্বাভাস দেওয়ার ক্ষমতা। উদাহরণস্বরূপ এরোস্পেস শিল্প, CFD আরও উন্নতমানের এয়ারোডাইনামিক বিমান ডিজাইন করতে এবং জ্বালানি খরচ কমাতে ব্যবহৃত হয়। একইভাবে, অটোমোবিল শিল্পে, সিএফডি গাড়ির ইঞ্জিনের নকশা অপ্টিমাইজ করতে এবং নির্গমন কমাতে ব্যবহৃত হয়।

CFD-এর আরেকটি উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হল ভিজ্যুয়ালাইজেশন টুলের বিকাশ যা প্রকৌশলীদের 3D তে সিমুলেশনের ফলাফল দেখতে দেয়। এটি তাদের তরলের আচরণকে আরও ভালভাবে বুঝতে এবং প্রবাহ ক্ষেত্রগুলি (flowfields) সনাক্ত করতে সহায়তা করে । উদাহরণস্বরূপ, বায়োমেডিকাল গবেষণার ক্ষেত্রে, CFD মানবদেহে রক্ত প্রবাহ অনুকরণ করতে এবং সম্ভাব্য স্বাস্থ্য ঝুঁকি চিহ্নিত করতে ব্যবহৃত হয়।

বছরের পর বছর ধরে, CFD-তে অনেক উল্লেখযোগ্য অগ্রগতি হয়েছে যা এটিকে আজকের শক্তিশালী হাতিয়ারে পরিণত করতে সাহায্য করেছে। এখানে সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কিছু মাইলফলকের একটি সংক্ষিপ্ত সময়রেখা দেওয়া হল:

১৯৪০ : লুইস ফ্রাই রিচার্ডসন আংশিক ডিফারেনশিয়াল সমীকরণগুলি সমাধানের জন্য একটি সংখ্যাসূচক পদ্ধতির প্রস্তাব করেন যা তরল প্রবাহর বর্ণনা দেয়।

১৯৫০ : ডিজিটাল কম্পিউটারগুলি আরও জটিল গণনা এবং সিমুলেশন সম্পাদন করা সম্ভব করে। জন ফন নিউম্যান এবং স্ট্যানিসলা উলাম CFD-এর জন্য নতুন সংখ্যাসূচক পদ্ধতি প্রবর্তন করেন।

১৯৭০ : প্রথম ব্যবহারিক CFD সফ্টওয়্যারটি ম্যাকডোনেল ডগলাস এবং আইবিএম প্রভৃতি কোম্পানি দ্বারা চালু করা হয়।

১৯৮০-র দশক : ভিজ্যুয়ালাইজেশন টুলের বিকাশ ইঞ্জিনিয়ারদের 3D তে সিমুলেশনের ফলাফল দেখতে দেয়।

১৯৯০ : সমান্তরাল কম্পিউটিংয়ের আবির্ভাব এটিকে বৃহত্তর এবং আরও জটিল তরল প্রবাহকে অনুকরণ করা সম্ভব করে তোলে।

২০০০-র দশক: ক্লাউড কম্পিউটিং এবং উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং সিমুলেশনগুলি সম্পাদন করা সম্ভব করে যা একসময় অসম্ভব বলে মনে করা হত।

সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, ক্লাউড কম্পিউটিং এবং উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং-র উত্থান হওয়ার ফলে আগের চেয়ে বড় এবং আরও জটিল তরল প্রবাহকে অনুকরণ করা সম্ভব হয়েছে। এটি পরিবেশগত মডেলিংয়ের (environmental modeling) ক্ষেত্রগুলিতে CFD-এর জন্য নতুন সম্ভাবনা উন্মুক্ত করেছে । এটি সমুদ্রের স্রোতের আচরণ অনুকরণ করতে এবং দূষণকারীর বিস্তারের পূর্বাভাস দিতে ব্যবহৃত হয়। উপসংহারে, সিএফডি একাডেমিয়ায় এর উৎপত্তি থেকে অনেক দূর এগিয়েছে এবং এখন অনেক শিল্পে এটি একটি অপরিহার্য হাতিয়ার। তরল আচরণের ভবিষ্যদ্বাণী করার এবং ডিজাইন অপ্টিমাইজ করার ক্ষমতা মহাকাশ, স্বয়ংচালিত প্রকৌশল এবং বায়োমেডিকাল গবেষণার মতো ক্ষেত্রে উল্লেখযোগ্য অগ্রগতির দিকে পরিচালিত করেছে। ভিজ্যুয়ালাইজেশন টুলস এবং উচ্চ-পারফরম্যান্স কম্পিউটিং এর ক্রমাগত বিকাশের সাথে, আমরা আশা করতে পারি যে প্রকৌশল এবং বিজ্ঞানের ভবিষ্যত গঠনে CFD আরও বড় ভূমিকা পালন করবে।

তথ্যসূত্র : Computational Fluid Dynamics : Past, Present, Future by A Jameson ; National Institute for Aerospace ; Florida State University (August,2012)