Computational Fluid Dynamics (CFD) on nesteiden ja kaasumaisten aineiden käyttäytymisen tutkimus, jossa käytetään tehokkaita tietokoneita, jotka käyttävät numeeristen menetelmien ohjelmistoa. Tieto kiinteiden aineiden vuorovaikutuksesta ympäröivien virtaavien nesteiden kanssa on keskeistä monien mekaanisten laitteiden suunnittelussa. CFD on laajentanut aiheita, joihin voidaan soveltaa juoksevia dynaamisia tutkimuksia ja kokeita.
Perinteisesti laskennallisia nesteen dynamiikkatutkimuksia tehtiin tuulitunnelissa tai virtaavassa vesisäiliössä todellisten tai mallikoneiden, autojen ja veneiden kanssa. CFD: n avulla mahdolliset kohteet ovat erilaisten tapahtumien mekanismit, kuten tulivuorenpurkaukset, hurrikaanit, seisovat pyörrevetet vedessä tai ilmassa, valtameren virtaukset, metsäpalojen kulku ja paljon muuta. Näiden tutkimusten rajana on tieto muuttujista, jotka on määritettävä kullekin järjestelmälle. Vähimmäismuuttujat sisältävät lämpötilan, paineen ja koostumukset järjestelmille, jotka käyvät kemiallisia reaktioita määritellyllä rajalla.
CFD-ohjelmisto perustuu Navier-Stokesin yhtälöiden ratkaisuun tai niiden yksinkertaistamiseen. Kiinnostavat muuttujat on määritelty yhdelle järjestelmän tunnetulle rajalle. Virtuaalinen ruudukko, jossa on kaksi tai kolme ulottuvuutta, asetetaan järjestelmän päälle, ja yhtälöt ratkaistaan tulevan ja lähtevän nesteen ominaisuuksien suhteen kullakin virtuaalisella rajalla. CFD -ohjelmiston kehittäminen rinnakkain laskentatehon saatavuuden kanssa, koska algoritmit edellyttävät toistuvaa laskentaa ja optimointia, kunnes ratkaisut on löydetty.
Ajoneuvon suunnittelu on usein nesteen dynamiikkakokeiden tavoite. Autojen ympärillä olevat ilmavirrat vaikuttavat suorituskykyyn, polttoaineen kulutukseen ja melutasoon. Lentokoneet, veneet ja erityisesti avaruusajoneuvot luottavat näihin tutkimuksiin ennustaakseen lämpöä tai jäätä ja virtaviivaistamista kitkahäviöiden vähentämiseksi.
Lämmönpoisto on tärkeä aihe laskennallisen nesteen dynamiikassa. Kaikki elektroniset komponentit ovat alttiita kuumuudelle ja ne on usein suljettu pieniin laatikoihin, joissa on rajoitettu ilmavirta. CFD -malleja käyttämällä suunnittelijat voivat ohjata komponentit uudelleen parempaan ilmavirtaan ja jäähdytykseen.
Rajakerroksen olosuhteiden tutkimista käsitellään laskennallisen nesteen dynamiikalla. Rajakerroksella tarkoitetaan hyvin ohutta nestekerrosta, joka on staattinen liikkuvan nesteen tiellä olevan kiinteän aineen pinnalla. Tässä mikroympäristössä korroosio, lämmönsiirto ja komponenttien pitoisuustasot ovat kriittisimpiä.
Laskennallisen nesteen dynamiikan alalla työskentelemiseen tarvittavien taitojen hankkiminen vaatii yleensä kemian tekniikan tai vastaavan alan koulutusta. Massansiirron, lämmönsiirron, kinetiikan ja nesteen dynamiikan perusteellinen ymmärtäminen on välttämätöntä. Ohjelmistoyritys opettaa usein kaupallisten CFD -sovelluspakettien käyttöä tai taitoja kehitetään työssä.