Computational Fluid Dynamics (CFD) är studien av beteendet hos vätskor, flytande och gasformiga, genom användning av kraftfulla datorer som kör programvara för numeriska metoder. Kunskap om växelverkan mellan fasta ämnen och omgivande strömmande vätskor är av nyckelintresse vid utformningen av många mekaniska anordningar. CFD har utökat de ämnen som vätskedynamiska studier och experiment kan tillämpas på.
Traditionellt genomfördes beräkningsstudier av vätskedynamik i vindtunnlar eller strömmande vattentankar med riktiga flygplan eller modellplan, bilar och båtar. Med användningen av CFD är mekanismerna för så olika händelser som vulkanutbrott, orkaner, stående virvlar i vatten eller i luften, havsströmmar, förloppet av skogsbränder och mer potentiella mål. En gräns för dessa studier är kunskapen om de variabler som måste definieras för varje system. Minimivariabler inkluderar temperatur, tryck och sammansättningar för system som genomgår kemiska reaktioner vid en definierad gräns.
CFD-programvara är baserad på lösningen av Navier-Stokes ekvationer, eller förenklingar av dem. Variablerna av intresse definieras för en känd gräns i systemet. Ett virtuellt rutnät med antingen två eller tre dimensioner placeras över systemet, och ekvationerna löses för egenskaperna hos den inkommande och utgående vätskan vid varje virtuell gräns. Utvecklingen av CFD-mjukvara gick parallellt med tillgängligheten av beräkningskraft, eftersom algoritmerna kräver upprepade beräkningar och optimering tills lösningar hittas.
Fordonsdesign är ett vanligt mål för vätskedynamikexperiment. Luftflöden runt bilar påverkar prestanda, bränsleförbrukning och ljudnivå. Flygplan, båtar och särskilt rymdfarkoster förlitar sig på dessa studier för att förutsäga värme- eller isuppbyggnad samt effektivisering för att minska friktionsförluster.
Värmeavledning är ett viktigt ämne inom beräkningsvätskedynamik. Alla elektroniska komponenter är känsliga för värmeuppbyggnad och är ofta inneslutna i små lådor med begränsat luftflöde. Genom att använda CFD-modeller kan designers omdirigera komponenter till bättre luftflöde och kylning.
Studiet av gränsskiktsförhållanden hanteras av beräkningsvätskedynamik. Gränsskiktet hänvisar till det mycket tunna lagret av vätska som är statiskt längs ytan av ett fast ämne som är i vägen för en rörlig vätska. I denna mikromiljö är korrosion, värmeöverföring och komponentkoncentrationsnivåer som mest kritiska.
Förvärvet av färdigheter för att arbeta inom området beräkningsvätskedynamik kräver vanligtvis utbildning i kemiteknik eller liknande sysselsättningar. En grundlig förståelse för massöverföring, värmeöverföring, kinetik och vätskedynamik är nödvändig. Användningen av kommersiella CFD-applikationspaket lärs ofta ut av mjukvaruföretaget eller så utvecklas kompetensen på jobbet.