Dinámica de fluidos computacional
Elemento finito · Elemento de frontera
Lattice Boltzmann · Solucionador de Riemann
Dinámica disipativa
de partículas Hidrodinámica suavizada de partículas
La dinámica de fluidos computacional ( CFD ) es una rama de la mecánica de fluidos que utiliza análisis numérico y estructuras de datos para analizar y resolver problemas que involucran flujos de fluidos . Se utilizan computadoras para realizar los cálculos necesarios para simular el flujo de flujo libre del fluido y la interacción del fluido ( líquidos y gases ) con superficies definidas por condiciones de contorno . Con supercomputadoras de alta velocidad, se pueden lograr mejores soluciones y, a menudo, se requieren para resolver los problemas más grandes y complejos. La investigación en curso produce software que mejora la precisión y la velocidad de escenarios de simulación complejos, como flujos transónicos o turbulentos . La validación inicial de dicho software generalmente se realiza utilizando aparatos experimentales como túneles de viento . Además, el análisis analítico o empírico realizado previamente de un problema en particular se puede utilizar para la comparación. A menudo se realiza una validación final mediante pruebas a gran escala, como pruebas de vuelo .
CFD se aplica a una amplia gama de problemas de investigación e ingeniería en muchos campos de estudio e industrias, incluidos la aerodinámica y el análisis aeroespacial, la hipersónica , la simulación meteorológica , las ciencias naturales y la ingeniería ambiental , el diseño y análisis de sistemas industriales, la ingeniería biológica , los flujos de fluidos y el calor . transferencia , análisis de motor y combustión , y efectos visuales para películas y juegos.
La base fundamental de casi todos los problemas de CFD son las ecuaciones de Navier-Stokes , que definen muchos flujos de fluidos monofásicos (gas o líquido, pero no ambos). Estas ecuaciones se pueden simplificar eliminando términos que describen acciones viscosas para producir las ecuaciones de Euler . Una mayor simplificación, al eliminar los términos que describen la vorticidad , produce las ecuaciones de potencial completas . Finalmente, para pequeñas perturbaciones en flujos subsónicos y supersónicos (no transónicos o hipersónicos ), estas ecuaciones se pueden linealizar para producir las ecuaciones de potencial linealizadas.
Históricamente, los primeros métodos se desarrollaron para resolver las ecuaciones de potencial linealizadas. En la década de 1930 se desarrollaron métodos bidimensionales (2D), que utilizan transformaciones conformes del flujo alrededor de un cilindro al flujo alrededor de una superficie aerodinámica . [1]
Uno de los primeros tipos de cálculos que se asemejan a los CFD modernos son los de Lewis Fry Richardson , en el sentido de que estos cálculos usaban diferencias finitas y dividían el espacio físico en celdas. Aunque fallaron dramáticamente, estos cálculos, junto con el libro Weather Prediction by Numerical Process de Richardson , [2] sentaron las bases para la CFD moderna y la meteorología numérica. De hecho, los primeros cálculos de CFD durante la década de 1940 utilizando ENIAC utilizaron métodos cercanos a los del libro de Richardson de 1922. [3]
