Hva er Computational Fluid Dynamics?

December 20  by Eliza

Computational Fluid Dynamics (CFD) er studiet av oppførselen til væsker, flytende og gassform, ved bruk av kraftige datamaskiner som kjører numeriske metoder programvare. Kunnskap om samspillet av faste stoffer med omkringliggende strømmende væsker er av avgjørende interesse i utformingen av mange mekaniske enheter. CFD har utvidet temaene som fluddynamiske studier og eksperimenter kan brukes.

Tradisjonelt ble beregningsvæskedynamikk studier utført i vindtunneler eller rennende vann tanker med ekte eller modellfly, biler og båter. Med bruk av CFD, mekanismene for så ulike hendelser som vulkanutbrudd, orkaner, stående virvlene i vannet eller i luften, havstrømmer, i løpet av skogbranner og flere er potensielle mål. En grense for disse studiene er kunnskap av variablene som må defineres for hvert system. Minste variabler omfatter temperatur, trykk og sammensetninger for systemer som gjennomgår kjemiske reaksjoner på en definert grense.

CFD-programvaren er basert på løsningen av Navier-Stokes ligningene eller forenklinger av disse. Variablene av interesse er definert for en kjent grense i systemet. Et virtuelt nett av enten to eller tre dimensjoner er plassert over systemet, og de ligninger løses for egenskapene til det innkommende og utgående fluid i hver virtuell grense. Utviklingen av CFD programvare parallell tilgjengeligheten av regnekraft, så algoritmer krever gjentatt beregning og optimalisering til løsninger er funnet.

Bilens design er et hyppig mål for Fluid Dynamics eksperimenter. Luft strømmer rundt biler effekt ytelse, forbruk og støynivå. Fly, båter, og spesielt romfartøy stole på disse studiene for å forutsi varme eller is buildup samt effektivisering for å redusere friksjonstap.

Varmetapet er et viktig tema i computational fluid dynamics. Alle elektroniske komponenter er utsatt for varme buildup og er ofte vedlagt i små bokser med begrenset luftstrøm. Ved bruk av CFD-modeller, kan designere omdirigere komponenter til bedre luftstrøm og kjøling.

Studiet av grenselagsforhold er håndtert av Computational Fluid Dynamics. Grensesjiktet refererer til meget tynt lag av væske som er statisk langs overflaten av et fast stoff som er i banen til et bevegelig fluidum. I dette mikromiljøet er der korrosjon, varmeoverføring, og komponentkonsentrasjonsnivåer er mest kritiske.

Oppkjøpet av ferdigheter til å arbeide i feltet av computational fluid dynamics vanligvis krever utdanning i kjemiteknikk eller tilsvarende sysler. En grundig forståelse av massetransport, varmeoverføring, kinetikk og dynamikk væske er nødvendig. Bruk av kommersielle CFD programpakker er ofte undervist av programvareselskapet eller ferdighetene utvikles på jobben.

  • Noen eksperter i computational fluid dynamics fokusere på studiet av strømhvirvler.