Computational Fluid Dynamics (vgl.)

Definition - Was bedeutet Computational Fluid Dynamics (CFD)?

Computational Fluid Dynamics (CFD) ist ein Zweig der Physik, der sich mit der Untersuchung der Mechanik von Flüssigkeiten befasst: Flüssigkeiten, Plasmen und Gase sowie auf sie einwirkende Kräfte. CFG basiert auf Navier-Stroke-Gleichungen, die beschreiben, wie Druck, Geschwindigkeit, Dichte und Temperatur eines sich bewegenden Fluids zusammenhängen. Es nutzt numerische Methoden, mathematische Modelle und Softwaretools, um Probleme zu lösen und zu analysieren, die Fluidströme betreffen, und verwendet die neueste Computerhardware und elegante Programmiertechniken, um Flüssigkeits- und Gaswechselwirkungen mit Oberflächen zu modellieren und zu simulieren, wie sie durch Randbedingungen definiert sind. Dies gibt Einblick in Strömungsmuster, die mit herkömmlichen Techniken schwierig, teuer oder unmöglich zu untersuchen wären.

Technische.me erklärt Computational Fluid Dynamics (CFD)

Die rechnergestützte Fluiddynamik ist ein Zweig der Fluidmechanik, der verschiedene Algorithmen und numerische Analysen verwendet, um Probleme im Zusammenhang mit Fluidströmungen zu analysieren und zu lösen. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Verwendung von Computern und Datenmodellierung, um zu simulieren und zu analysieren, wie eine Flüssigkeit in Bezug auf eine Oberfläche fließt. Zu den realen Anwendungen gehören die Analyse des Luftstroms für ein aerodynamisches Flugzeugdesign oder die Analyse der hydrodynamischen Eigenschaften eines Bootsrumpfs, das industrielle Design von Öl- und Wasserleitungen und vieles mehr.

Eine CFD-Simulation liefert jedoch aufgrund von Ungenauigkeiten oder weit hergeholten Vermutungen der eingegebenen Daten kein zu 100 Prozent zuverlässiges Ergebnis. Mathematische Modelle des vorliegenden Problems können ebenfalls unzureichend sein, und die Genauigkeit der Ergebnisse wird durch die verfügbare Rechenleistung begrenzt.

Methodik:

  • Physikalische Grenzen des definierten Problems
  • Volumen definiert durch die Grenzen, die in Zellen oder Netze unterteilt sind
  • Physikalische Modellierung definiert: die Gleichungen von Bewegung, Strahlung, Enthalpie und Artenschutz
  • Randbedingungen definiert
  • Die Simulation wird gestartet
  • Datenanalyse und Visualisierung durchgeführt

Die Hauptkomponenten eines CFD-Entwurfszyklus sind die folgenden:

  • Analyst - gibt das zu lösende Problem an
  • Modell und Methoden - mathematisch ausgedrückt
  • Software - verkörpert Wissen und bietet Algorithmen
  • Computerhardware - für tatsächliche Berechnungen muss ein Analyst die Simulationsergebnisse überprüfen und interpretieren