CFD (computed fluid dynamics)

Computed fluid dynamic (CFD) steht für die Berechnung und Simulation von Gas-, Früssigkeitsströmungen. Eine Strömung wird mit den Navier - Stokes, der Energie-, sowie der Kontinuitätsgleichungen beschrieben. Für die Turbulenz oder mehrphasige Strömungen werden spezielle zusätzliche Gleichungen verwendet. Eine Strömung kann stationär oder transient (in Funktion der Zeit) berechnet werden. Die Navier Stokes Gleichungen lassen sich nicht geschlossen lösen, deshalb werden numerische Verfahren angewendet.

Das Strömungsvolumen wird in einzelne Zellen unterteilt und in jeder Zelle werden Druck, Geschwindigkeit und Temperatur berechnet. Um die Strömung ausreichend genau zu beschreiben müssen zum Beispiel mindestens 10 Zellen in einem Spalt vorhanden sein. Dies ergibt dann die Geschwindigkeit an 10 Punkten im Spalt. Pro eine Million Zellen im Simulationsmodell werden ca 2 GigaRAM Abrbeitspeicher benötigt. Simulationen mit 15-25 Millionen Zellen sind üblich.  Industriel anwendbar wird CFD seit in den letzten Jahren als die vorhandene Rechenleistung markant gestiegen ist (siehe).

Die untenstehenden Bilder zeigen den Wassertrahl aus einer PET Flasche in der Simulation und dem Versuch in die unten ein 2mm Loch gebohrt wurde. Um den Strahl zu simulieren, ist die Zellengrösse im Bereich des Strahles kleines als 0.1mm. Dies ergibt sehr schnell sehr viele Zellen.