Die numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) ist ein leistungsfähiges Werkzeug zum Verständnis der Strömung von Fluiden wie Luft, Wasser und anderen Flüssigkeiten. Sie nutzt numerische Methoden, um die Strömung von Flüssigkeiten zu simulieren und zu beschreiben, wie verschiedene physikalische Phänomene miteinander interagieren. CFD wird in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, darunter Maschinenbau, Biomedizin, Luft- und Raumfahrt und Automobilbau.
CFD basiert auf den Navier-Stokes-Gleichungen, die die Bewegung der Flüssigkeitsteilchen beschreiben. Diese Gleichungen werden mit einer Kombination von numerischen Verfahren wie der Finite-Elemente-Analyse, der Finite-Differenzen-Methode und der Finite-Volumen-Methode gelöst, um die Eigenschaften der Flüssigkeitsströmung zu berechnen.
Der Einsatz von CFD ermöglicht die Analyse komplexer Strömungsfelder, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht zu untersuchen wären. Sie ermöglicht auch die Vorhersage des Verhaltens der Flüssigkeit unter verschiedenen Bedingungen wie Druck, Temperatur und Viskosität.
CFD wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter Luft- und Raumfahrt, Automobilbau und Biomedizintechnik. Es kann verwendet werden, um das Design von Flugzeugflügeln zu optimieren, den Blutfluss im Herzen und anderen Organen zu untersuchen und den Luftstrom um ein Auto zu modellieren.
Es gibt CFD-Softwarepakete, die zur Simulation von Flüssigkeitsströmungen verwendet werden können. Diese Pakete enthalten Funktionen wie Vorverarbeitungswerkzeuge, Solver und Nachverarbeitungswerkzeuge, die es dem Benutzer ermöglichen, die Ergebnisse der Simulationen schnell zu analysieren und zu visualisieren.
Um sicherzustellen, dass die von CFD erstellten Simulationen genau sind, ist es notwendig, die Ergebnisse zu validieren. Dies geschieht durch den Vergleich der Simulationsergebnisse mit experimentellen Daten oder durch den Einsatz analytischer Methoden.
CFD-Simulationen sind oft rechenintensiv und erfordern leistungsstarke Computer oder spezielle Hardware wie GPUs. Darüber hinaus kann die Genauigkeit der Ergebnisse durch die zur Lösung der Gleichungen verwendeten numerischen Methoden und die in den Simulationen verwendeten Randbedingungen beeinflusst werden.
Durch Parallelverarbeitung kann die Geschwindigkeit von CFD-Simulationen erhöht werden. Dies geschieht durch die Verteilung der Berechnungen auf mehrere Prozessoren oder Computer.
CFD ist ein leistungsfähiges Instrument zum Verständnis der Strömung von Flüssigkeiten und zur Vorhersage ihres Verhaltens. Es wird in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt und kann zur Optimierung von Konstruktionen und zur Analyse komplexer Strömungsfelder verwendet werden. Es ist jedoch sehr rechenintensiv und erfordert leistungsstarke Computer oder spezielle Hardware, um genaue Ergebnisse zu erzielen.
CFD ist ein Werkzeug, das Ingenieuren hilft zu verstehen, wie Flüssigkeiten fließen. Zu diesem Zweck werden die Gleichungen gelöst, die die Strömung von Flüssigkeiten bestimmen. Diese Gleichungen sind die Navier-Stokes-Gleichungen. Mit CFD kann alles simuliert werden, von der Luftströmung um ein Flugzeug bis hin zum Blutfluss im menschlichen Körper.
Die numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) ist ein Teilgebiet der Strömungsmechanik, das numerische Methoden zur Lösung strömungsmechanischer Probleme einsetzt. CFD-Analysen sind nützlich, um die Strömung von Flüssigkeiten durch ein bestimmtes System, z. B. ein Rohr oder einen Raum, zu untersuchen. Sie kann auch verwendet werden, um die Auswirkungen von Flüssigkeiten auf ein festes Objekt zu untersuchen, z. B. wie ein Flügel Auftrieb erzeugt.
Vereinfacht ausgedrückt ist ein CFD eine Vereinbarung zwischen zwei Parteien über den Austausch der Wertdifferenz eines bestimmten Vermögenswerts zwischen dem Zeitpunkt des Vertragsabschlusses und dem Zeitpunkt seines Ablaufs. Bei dem betreffenden Vermögenswert kann es sich um eine Aktie eines Unternehmens oder einen Rohstoff wie Gold oder Öl handeln.
CFD umfasst drei Hauptphasen: Vorverarbeitung, Solver und Nachverarbeitung. Die Vorverarbeitung ist die Phase, in der das CAD-Modell für die CFD-Analyse vorbereitet wird. Dazu gehören die Vernetzung, die Festlegung der Randbedingungen und die Auswahl der geeigneten Solver-Einstellungen. In der Solver-Phase werden die CFD-Gleichungen gelöst und die Ergebnisse errechnet. Das Post-Processing schließlich ist die Phase, in der die Ergebnisse visualisiert und interpretiert werden.
Ansys CFD ist ein Softwareprogramm für die numerische Strömungsmechanik, das für die Simulation von Strömungen und Wärmeübertragung in einer Vielzahl von technischen Anwendungen eingesetzt werden kann. CFD ist ein leistungsfähiges Werkzeug, das zur Optimierung von Konstruktionen, zur Verbesserung der Leistung und zur Kostensenkung eingesetzt werden kann.