CFDsimuloinnit

CFD-simuloinnit ovat numeerisen simuloinnin ala, jossa nesteiden ja kaasujen virtauksia sekä niihin liittyvää lämmönsiirtoa ja massansiirtoa mallinnetaan ratkaisemalla hallitsevat säilyvyysyhtälöt tietokoneella. Ongelmat koostuvat Navier–Stokes-yhtälöistä, massan säilymisestä sekä energian tasapainoyhtälöistä. Tulos riippuu geometrian, materiaaliominaisuuksien ja reunaehtojen määrittelystä sekä käytetystä laskentamenetelmästä.

Diskretisointi ja ratkaisutavat: yleisimmin käytetään finite volume -menetelmää (FVM), mutta myös finite element -menetelmä (FEM) sekä finite difference -menetelmä (FDM) ovat käytössä. Turbulenssimallinnus on keskeinen osa: RANS- ja URANS-mallit, suurten pyörteiden LES sekä DNS. Verkon laatu ja resoluutio sekä ajan integroitavuus vaikuttavat lopullisiin tuloksiin. Prosessi alkaa geometria- ja verkon valmistelulla, reunaehdoilla, laskenta-aikaväleillä sekä fysikaalisten ominaisuuksien määrittelyllä, ja päättyy tulosten analyysiin ja visualisointiin.

Sovellusalueet: CFD-simulointeja hyödynnetään laajasti ilmailussa ja autoteollisuudessa, kemianteollisuudessa, energia-alalla sekä rakennusten ilmanvaihdossa, ympäristötekniikassa ja biomedikaalisissa virtauksissa.

Vahvistus ja rajoitukset: CFD-analyyseissä käytetään verifiointi- ja validoitumisvaiheita, jotta varmistetaan koodin oikea toiminta ja tulosten vastaavuus kokeellisiin mittauksiin. Grid-convergence-tutkimuksilla varmistetaan tarkkuus. Keskeisiä rajoituksia ovat turbulenssimallien valinnat sekä laskentakustannukset.

Ohjelmistot: OpenFOAM, SU2 sekä kaupalliset ratkaisut kuten ANSYS Fluent ja COMSOL Multiphysics ovat yleisiä työkaluja. CFD-simuloinnit vaativat osaamista geometrian määrittämisestä, reunaehtojen asettamisesta sekä tulosten tulkinnasta.