Computational Fluid Dynamics

Was ist Computational Fluid Dynamics?
Computational Fluid Dynamics (CFD) ist ein Zweig der Physik, der sich mit der Erforschung der Mechanik von Flüssigkeiten beschäftigt: Flüssigkeiten, Plasmen und Gase und Kräfte, die auf sie einwirken. CFG basiert auf Navier-Stroke-Gleichungen, die beschreiben, wie sich Druck, Geschwindigkeit, Dichte und Temperatur eines sich bewegenden Fluids verhalten. Es nutzt numerische Methoden, mathematische Modellierung und Softwaretools, um Probleme zu lösen und zu analysieren, die Fluidströmungen beinhalten, und nutzt neueste Computerhardware und elegante Programmiertechniken, um Flüssig- und Gaswechselwirkungen mit Oberflächen zu modellieren und zu simulieren, wie durch Randbedingungen definiert. Dies gibt einen Einblick in Strömungsmuster, die mit traditionellen Techniken schwierig, teuer oder unmöglich zu untersuchen wären.

Computational Fluid Dynamics ist ein Zweig der Strömungsmechanik, der verschiedene Algorithmen und numerische Analysen verwendet, um Probleme mit Flüssigkeitsströmungen zu analysieren und zu lösen. Der Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz von Computern und Datenmodellierung, um zu simulieren und zu analysieren, wie eine Flüssigkeit in Bezug auf eine Oberfläche fließt. Zu den Anwendungen in der realen Welt gehören die Analyse der Luftströmung 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 Annahmen der eingegebenen Daten kein zu 100 Prozent zuverlässiges Ergebnis. Mathematische Modelle des vorliegenden Problems können ebenfalls unzureichend sein, und die Genauigkeit der Ergebnisse ist durch die verfügbare Rechenleistung begrenzt.

Methodik:

Physische Grenzen des Problems definiert

Das Volumen wird durch die Grenzen definiert, die in Zellen oder Netze unterteilt sind

– Physikalische Modellierung definiert: die Bewegungsgleichungen, 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 stellt Algorithmen bereit

– Computerhardware – für tatsächliche Berechnungen und ein Analyst muss die Simulationsergebnisse prüfen und interpretieren

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