CFD гэж олон улсад нэрлэгдэж байгаа шингэний динамикийг тооцоолох электрон машин ашиглан тодорхойлох шинэ аргачлал нь өнгөрсөн зууны дунд үеэс эхлэлтэй билээ. Шингэн хэмээх ойлголтод маш олон зүйл хамаарах боловч ерөнхийд нь үл агших (liquid) ба агших шингэн (gas) гэж ангилна. Үл агших шингэнд ус, бензин гэх мэт нягт ихтэй нил орчин хамаарах бол агших шингэнд янз бүрийн хийнээс гадна агаар хүртэл орж байгаа юм. Манай дэлхий шингэн болон хатуу биеээс тогтож тэр дунд нь амтд организм оршдог билээ. Тэгвэл шингэний динамик гэдэг нь байгаль дээр болон амьтны бие доторхи шингэний зүй тогтол, хөдөлгөөний горимыг тооцоолох маш нарийн салбар болж хөгжиж байна. Бусад улс оронд CFD инженер гэж тусдаа бэлтгэгдэж байхад зарим оронд Биомеханик инженер гэж бэлтгэгдэж байна. Манай орны хувьд CFD нь шинэ ойлголт бөгөөд гидравликийн энэ шинэ аргачлалыг ШУТИС - ийн БИАС, тэр дундаа Гидравлик, Усны барилга байгууламжийн баг нэвтрүүлэхээр судалж байгаа билээ. CFD арга нь гидравликийн шинжлэх ухааны судалгааны гуравдагч арга бөгөөд Навьер-Стокес, Эйлер, Бүрэн потенциалын тэгшитгэл дээр үндэслэгдсэн тооцоолох арга юм. Эдгээр үндсэн тэгшитэлүүд нь шингэний зүй тогтол, шинж чанар, горимыг ерөнхийд илэрхийлсэн энгийн дифференциал хэлбэрийн тэгшитгэлүүд юм. Өөрөөр хэлбэл математик загварыг тооцоолох аргаар боловсруулж программ хэлбэрт оруулсанаар анхны болон хязгаарын нөхцлүүдийг хийж тооцоолох бүрэн боломжтой болж байгаа юм.
Математик загварчлал нь бүрэн онолын хэлбэртэй байх учир загварчлал хийхэд маш ойролцоо үзүүлэлт өгнө. Ямарч загварчлал бодит байдалтай адил байдаггүй учир зарим тохиолдолд тохируулга гэж хийдэг. CFD багцуудын хувьд энэ тохируулга хийх үйлдэл нь шаардлагагүй гэдгээрээ бусад загварчлах программаас ялгаатай. ТЭМ - ны хөгжил дорой эхлэл үед 1869 онд В.Фруда анхны усан бассейн хийж түүндээ хөлөг онгоцны загвар хийж туршиж байсанаас эхлэн усны барилга ялангуяа шингэний динамикийг физик загварчлалаар судалж ихэнх суурь тэгшитгэл, инженерийн практик хэрэглээний тэгшитгэл, томъёо зэргийг гаргаж ирсэн.
Дээрхи зураг нь бодит (prototype) ба физик загвар (physical model) - ийн ялгааг харуулах ба 3ба түүнээс дээш усны барилгыг барихад ийм маягаар туршиж барьж байжээ.
Физик загварчлал хийхэд ур чадвараас гадна материал шаардах хөрөнгө их ордог учир ихээхэн цаг хугацааг шаарддаг. Физик загварчлалын гол үндэс нь ойролцоо механикийн төсийн онол юм. Зарим загварчлалын үед бүрэн механикийн төсийг хангах болоьч байгаль дээр хэзээч хангадаггүй нь учирдутагдалтай. Жишээ нь задгай гольдирол дахи шингэний динамикийг Фрудын төсийн критери ашиглан загварчлах бол, хоолой доторхи шингэний динамикыг Рейнольдсын тоо ашиглан загварчлах нь илүү оновчтой. Үүнээс гадна Махх, Струхал гэх мэтийн тоонуудыг ашиглан загварчлах олон аргачлал байна.
Орчин үеийн тооцооны чиг хандлаг ТЭМ буюу компьютер техник хангамжийг ашиглан тооцох болсонийг ерөнхийд нь бид загварчлал гэж нэрлэж байгаа билээ. Дээрх зурганд загварчлалын ангилалыг харуулсан ба бүх загварчлалын үндэс нь физик загвар болон онолын математик загвар юм. Туршилтын математик загварыг физик загварын судалгааны үр дүнгээс гаргаж авна. Жишээ нь бидний сайн мэдэх Регрессийн тэгшитгэл юм. Та бүхэн доорхи зурагнаас загварын ялгаа болон түүний гаргалгааг харах болно.
Дээр та бүхэнд гидравликийн судалгааны аргуудын тухай товч дурьдсан бол физик загварчлал нь судалгааны 2 дахь арга юм. Харин онолын судалгааны арга бол хамгийн анхдагч бөгөөд анх Архимед Эврика, эврика гэж нээлт хийхдээ физик загварчлал буюу туршилтын судалгааны арга хэргэлсэнээ мэдээгүй хэрэг шүү дээ.
Загвар гэдэг нь тухайн бодит обьектыг судлахын тулд бүтээсэн модел эсвэл компьютерт оруулсан схемийг хэлэх ба тэр загвар нь үр дүнгээ өгч эхэлбэл сая загварчлал болж байгаа юм.
Гидравликийн шинжлэх ухаанд ажиллаж байгаа маш олон загварчлах программ, багцууд байх боловч эдгээр нь дээрх зурагт үзүүлсэнчлэн 1D, 2D, 3D хэмжээсүүдэд ажилладаг. Мөн 0D гэж нэрлэгдэх загварчлах программ байх ба ихэвчлэн орон зайн хувьд том, бүхэл бүтэн гол мэтийн динамик судалгааг загварчилж буй багцууд 0D, 1D, 2D орчинд загварчилж байна. Харин жижиг обьект, талбай орон зайн хувьд жижиг барилга байгууламжийн хувьд альч хэмжээстэд загварчлах бүрэн боломжтой байна.
CFD загварчлалын математик суурийг хэрэглээнд нэвтрүүлэх хэд хэдэн арга байх боловч нил орчин дахь шингэний динамикийн хувьд Төгсгөлөг эзлэхүүн, төгсгөлөг ялгавар, олон фазат орчинд (хөрс ба ус) төгсгөлөг элементийн арга нь илүү ашиглагдаж байгаа юм.
CFD загварчлал хөгжин ашиглагдах хүрээ нь улам тэлсээр байгаагын илрэл нь эрүүл мэндийн шинжлэх ухаанд хүчтэй нэвтэрч байна. Хүний бие, судасан доторхи шингэний хөдөлгөөн, яс болон зөөлөн эдийн судалгаанд ихээхэн ашиглагдаж байна.
ШУТИС - ийн хүрээнд механикийн чиглэлд Ансис, Солидворкс гэх мэт багцуудыг хэрэглэж байгаа боловч эрх бүхий программ биш болохоор бүрэн төгс ажиллаж үр дүнгээ өгөх нь ховор байна. Усны барилгын хувьд анх Ансис ашиглаж эхэлсэн боловч мөн л кракадсан хувилбар учир итераци хийхээ байсан. Харин УББ ялангуяа, механикийн чиглэлийн гидравликийн (хий шингэний хөтлүүр, гидроцилиндр, гидроудирдлага) тооцоонд Flow3D илүү чадварлаг учир түүнийг хэрэглэх нь оновчтой. Гэвч эдгээр багцуудын ихэнх нь Win7, XP гэх мэт үйлдлийн систем дээр ажилдаггүй учир төвөгтэй байдал үүсэж байна.
Хэдий CFD эрчимтэй хөгжиж байгаа боловч физик загварчлалыг бүрэн халж чадахгүй гэдэг нь зарим судалгааны ажил дээр их илэрдэг. Анхны болон хязгаарын нөхцлүүдийг яалтчгүй физик загварчлалаар тодорхойлох шаардлага усны барилгын хувьд дандаа тохиолддог тухай тэмдэглэсэн байдаг.
БИАС - ийн Усны барилгын баг Скотт Кеннер багшийн тусаар CD-adapco CFD багцийн 1 лицензийг авч судалгааны ажилд ашиглахаар болсон нь монголд таатай нөхцөл байдал үүсэж байгаа юм. Үүнээс хойш CFD чиглэл монголд өргөжин хөгжиж, дэлхийн бусад оронтой энэ зэрэгцэх болно.
