Computational Fluid Dynamics (CFD)

Aus der Finite Volumen Methode und der Möglichkeit die Navier-Stokes-Gleichungen mit diesen numerisch zu lösen, ist das Themengebiet der CFD entstanden.

Die Navier-Stokes-Gleichungen beschreiben lediglich den Impulssatz (Newtonschen Gesetze) auf ein Kontinuum. Mit dem Erhaltungssatz lassen sich weitere Gleichungen herleiten die andere physikalische Zusammenhänge darstellen, z.B. Energieerhaltungsgleichungen.

Mit Hilfe numerischer Methoden können diese Differentialgleichungen in ein Differenzengleichungssystem überführt werden. Das zu lösende Gleichungssystem hängt nicht selten von einer Geometrie bzw. eines Gitters ab.

Der Einsatz von Rechensystemen ergibt sich zum einen als sinnvoll, da die Geometrie häufig aus CAD Software überführt wird, zum anderen, da ein sogenannter "Mesher" ein passendes Gitter generiert. Dieses Gitter bildet die Grundlage für die Struktur des zu lösenden Gleichungssystems. Letztlich existiert ein sogenannter "Solver", der das Gleichungssystem numerisch löst. Natürlich existiert noch Software, die den Anwender bei der Auswertung unterstützt.

Klassische Beispiele einer CFD Software sind Pakete wie ANSYS Fluid oder OpenFOAM in Kombination mit FreeCAD und ParaView.