Was ist CFD? Computational Fluid Dynamics

CAD (Computer-Aided Design, computergestützte Konstruktion) und CFD (Computational Fluid Dynamics, numerische Strömungsmechanik) sind unterschiedliche, aber doch miteinander verwandte Tools, die in Konstruktionsprozessen verwendet werden. CAD konzentriert sich auf die Erstellung detaillierter, digitaler 2D- oder 3D-Darstellungen physischer Objekte und ermöglicht Ingenieuren die Visualisierung, Konstruktion und Erstellung von Prototypen von Produkten, Strukturen oder Systemen. CAD befasst sich in erster Linie mit Geometrie, Abmessungen und räumlichen Beziehungen.

CFD hingegen befasst sich mit der Simulation und Analyse des Verhaltens von Fluiden, wie z.B. Gasen oder Flüssigkeiten, innerhalb oder in der Umgebung dieser CAD-Objekte. CFD hilft bei der Vorhersage von Flüssigkeitsströmung, Temperaturverteilung, Druck und anderen Parametern. Während CAD die Konstruktion erstellt, bewertet CFD deren Leistung und optimiert Aspekte wie Aerodynamik, Wärmeübertragung und Flüssigkeitstransport. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass CAD bei der Erstellung von Konstruktionen hilft, während CFD sich auf die Bewertung der Interaktion zwischen konstruierten Systemen und Flüssigkeiten konzentriert.

Die numerische Strömungsmechanik (CFD) ist ein vielseitiges Tool, das in verschiedenen Branchen und Anwendungen genutzt wird. Es wird in erster Linie für die Analyse und Simulation des Verhaltens von Fluiden, einschließlich Gasen und Flüssigkeiten, verwendet. Zu den wichtigsten Anwendungen von CFD gehören die Aerodynamik in der Konstruktion im Bereich Luft- und Raumfahrt und Automotive, die Optimierung von HLK-Systemen zur Steigerung der Energieeffizienz und die Verbesserung der Leistung von Strömungsaggregaten wie Pumpen und Turbinen.

CFD hilft in der Pharmaindustrie und der Biomedizin bei der Analyse der Wirkung von Medikamenten und der Simulation des Blutflusses. CFD spielt eine wichtige Rolle bei Umweltstudien, bei der Bewertung der Ausbreitung von Schadstoffen und der natürlichen Wasserströmung. Die Wettervorhersage stützt sich auf CFD, um atmosphärische Bedingungen zu modellieren. Darüber hinaus spielt CFD eine wichtige Rolle bei industriellen Prozessen, z.B. bei der Optimierung der Verbrennung bei der Energieerzeugung und bei der Beurteilung der Fluiddynamik in der Chemietechnik.

Masseenerhaltungssatz: Kontinuitätsgleichung

Impulserhaltungssatz: Newtons zweites Gesetz

Energieerhaltung: Erster Hauptsatz der Thermodynamik oder Energiegleichung

CFD kann in einer Vielzahl von Branchen und Anwendungen von großem Nutzen sein. Ob Sie Ingenieur, Wissenschaftler oder Konstrukteur sind, CFD liefert wertvolle Insights über das Verhalten von Fluiden und bietet Lösungen für komplexe Probleme. Es hilft bei der Optimierung von Konstruktionen für eine verbesserte Leistung, reduziert den Bedarf an kostspieligen physischen Prototypen und beschleunigt die Produktentwicklung. CFD hilft dabei, Luftströmungen, Wärmeübertragung und Druckverteilung zu verstehen, was in Bereichen wie Luft- und Raumfahrt, Automotive, HLK und Strömungsaggregate entscheidend ist. Es spielt außerdem eine wichtige Rolle in der Medizin- und Umweltforschung, wo es Insights über die Wirkung von Medikamenten, den Blutfluss und die Verteilung von Schadstoffen liefert. Im Wesentlichen ist CFD ein leistungsstarkes Tool zur Problemlösung und Innovation in verschiedenen Bereichen.

Die numerische Strömungsmechanik (CFD) basiert auf den Navier-Stokes-Gleichungen, die die Grundlage für die Modellierung von einphasigen Flüssigkeitsströmungen bilden. Vereinfachungen führten zu den Euler-Gleichungen und den vollständigen Potentialgleichungen, indem Bedingungen aus den Bereichen Viskosität und Wirbelstärke eliminiert wurden. Es entstanden linearisierte Potentialgleichungen für Unter- und Überschallströmungen. Frühe 2D-Methoden, wie z.B. die Strömungstransformationen um Zylinder und Tragflächen, wurden in den 1930er-Jahren entwickelt. Die auf endlichen Differenzen basierenden Berechnungen von Lewis Fry Richardson und sein Buch "Weather Prediction by Numerical Process" legten den Grundstein für CFD. CFD-Berechnungen aus den 1940er-Jahren, die mithilfe von ENIAC durchgeführt wurden, folgten den Techniken von Richardson und prägten die Entwicklung des Fachgebiets.