stromingsberekeningen

Stromingsberekeningen zijn wiskundige en numerieke methoden om het gedrag van vloeistoffen en gassen te voorspellen onder verschillende omstandigheden. De basis bestaat uit de behoudswetten voor massa, impuls en energie, weergegeven door de Navier–Stokes-vergelijkingen en, als warmteoverdracht een rol speelt, de daarbij behorende energievergelijking. Afhankelijk van de aard van de stroming onderscheidt men incompressible en compressible stroming, en wordt tussen stationaire (steady) en niet-stationaire (unsteady) toestanden onderscheiden, evenals tussen laminaire en turbulente toestanden.

Analytische oplossingen bestaan alleen voor eenvoudige geometrieën en randvoorwaarden; voor complexere systemen wordt doorgaans gebruikgemaakt van numerieke stromingsberekeningen (CFD). De meest gebruikte discretisatie- en oplossingsmethoden zijn de Finite Volume Method (FVM) en de Finite Element Method (FEM). Bij FVM wordt de conservatiewet over controlevolumes toegepast; bij FEM wordt vaak een variational formulation gebruikt. Turbulentie wordt doorgaans gemodelleerd met toestandsmodellen zoals RANS met k-ε of k-ω modellen, of met meer gedetailleerde benaderingen als LES of DNS.

Een typische workflow in CFD omvat geometriebepaling, meshing, toewijzing van randvoorwaarden (inlet, outlet, wanden), selectie van een solver en turbulentiemodel, uitvoering van de simulatie, en controle op convergentie; daarna evalueren van grid-independente resultaten en validatie tegen experimenten. Toepassingen bevinden zich onder meer in pijpleidingontwerp, HVAC, aerodynamica, automotive engineering en weers- en klimaatmodellering. Bekende softwarepakketten zijn OpenFOAM, ANSYS Fluent en STAR-CCM+.