La dynamique des fluides numérique est basée sur les équations de Navier-Stroke, qui décrivent le comportement de la pression, de la vitesse, de la densité et de la température d'un fluide en mouvement. Elle fait appel à des méthodes numériques, à la modélisation mathématique et à des outils logiciels pour résoudre et analyser les problèmes liés à l'écoulement des fluides, et utilise du matériel informatique de pointe et des techniques de programmation élégantes pour modéliser et simuler les interactions des fluides et des gaz avec des surfaces définies par des conditions limites. Cela permet de comprendre des schémas d'écoulement qu'il serait difficile, coûteux ou impossible d'étudier avec les techniques traditionnelles.
Définition et explication
La dynamique des fluides numérique est une branche de la mécanique des fluides qui utilise divers algorithmes et analyses numériques pour analyser et résoudre les problèmes d'écoulement des fluides. Elle se concentre sur l'utilisation des ordinateurs et de la modélisation des données pour simuler et analyser la façon dont un fluide s'écoule par rapport à une surface. Les applications du monde réel comprennent l'analyse des flux d'air pour la conception d'un avion aérodynamique ou l'analyse des propriétés hydrodynamiques de la coque d'un bateau, la conception industrielle des oléoducs et des aqueducs, etc.
Toutefois, une simulation CFD ne fournit pas un résultat fiable à 100 % en raison d'imprécisions ou d'hypothèses farfelues concernant les données d'entrée. Les modèles mathématiques du problème à résoudre peuvent, également, être inadéquats, et la précision des résultats est limitée par la puissance de calcul disponible.
Les principales composantes d'un cycle de conception CFD sont :
- Analyste : spécifie le problème à résoudre
- Modèle et méthodes : exprimés mathématiquement
- Logiciel : incorpore les connaissances et fournit des algorithmes
- Matériel informatique : pour les calculs réels et un analyste doit examiner et interpréter les résultats de la simulation.
La méthodologie
- Définition des limites physiques du problème : le volume est défini par les frontières, qui sont divisées en cellules ou en mailles.
- Définition de la modélisation physique : les équations du mouvement, du rayonnement, de l'enthalpie et de la conservation des espèces.
- Conditions limites définies
- La simulation est lancée
- Analyse et visualisation des données effectuées