CFDmodellen

CFDmodellen zijn wiskundige en numerieke modellen die stromings- en transportprocessen simuleren met behulp van de vergelijkingen uit de vloeistofdynamica. Ze worden toegepast in sectoren zoals luchtvaart, automotive, procesindustrie en milieu- en energietoepassingen, waar inzicht in snelheden, druk, temperatuur en transportefficiëntie nodig is.

De kern bestaat uit de Navier–Stokes-vergelijkingen, aangevuld met de continuïteitsvergelijking en vaak de energiebalans. Voor mengsels en chemische reacties worden extra transport- en voortplantingsvergelijkingen opgenomen. Doorgaans worden randvoorwaarden en brontermen zo gemodelleerd dat ze de realiteit zo goed mogelijk benaderen.

CFDmodellen worden opgelost door discretisatie van de continue ruimte en tijd. De meest gebruikte methode is de eindige-volume methode, maar ook eindige-elementen en eindige-differentiatie komen voor afhankelijk van de toepassing. Een computergrid (mesh) en de gekozen grensvoorwaarden bepalen de nauwkeurigheid en rekentijd. De berekeningen vragen vaak hoge rekencapaciteit en worden uitgevoerd op parallelle computerarchitecturen.

Turbulentie is een cruciale factor in veel toepassingen. CFDmodellen gebruiken closures om turbulente transporten te modelleren. Veelgebruikte benaderingen zijn Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) met k-ε of k-ω, Large Eddy Simulation (LES) en in beperkte gevallen Direct Numerical Simulation (DNS). Elke benadering biedt een trade-off tussen nauwkeurigheid en rekentijd.

Een typische CFD-workflow omvat meshing, definiëren van randvoorwaarden, selecteren van turbulentie- en transportmodellen, oplossen en verificatie/validatie. Grid-convergentie-studies en vergelijking met experimentele data vergroten de betrouwbaarheid. Toepassingen richten zich op luchtvaart, auto- en bouwtechniek, proces- en energie-systemen, en milieu-analyse. Bekende softwarepakketten zijn OpenFOAM, ANSYS Fluent, COMSOL Multiphysics en STAR-CCM+.