CFD是“計算流體動力學”的首字母縮寫，顧名思義，它是流體力學的一個分支，利用計算機分析流體和物理系統的行為。CFD分析成為一種流行的解決方案，因為在將物理定律直接應用于現實場景以便進行分析預測時，難度越來越大。這一事實對于流體流動和傳熱工程問題尤其普遍。
CFD分析基礎知識
流體力學和傳熱介紹
   流體力學是研究流體物理行為的科學：液體，氣體和等離子體。因此，它涉及作用在流體上的力以及隨之而來的內部場變化，例如速度，壓力，密度和溫度。
   另一方面，傳熱是研究熱能如何產生，儲存，運輸和轉化。它分析的主要機制是：
   熱傳導 :(擴散）熱量在固體或流體等材料中的傳播，從高溫區域到較低溫度區域。
   熱對流：隨著流體的流動傳遞熱量。流體流動可以通過外部工作（強制對流）或浮力來驅動，浮力是在重力（自然對流）存在下具有不同密度的流體的運動。
   熱輻射：通過電磁波產生和吸收熱量。
   相變：通過沸騰，熔化，冷凝等過渡釋放或吸收熱量。
   用于流體流動和傳熱的物理定律用微分方程表示，大多數時候用許多相關變量表示。碰巧是兩個場的一些方程是相似的; 例如，標量通過流場的擴散和溫度的擴散。    這些流體流動定律中最常見的是Navier-Stokes方程組。然而，由于它們的復雜性，只能在最簡單的情況下才能解決這些方程式以獲得精確解。
計算流體動力學如何工作？
   這是數值分析和計算機的用武之地。通過使用數值近似，CFD將全微分方程轉化為線性方程組，然后求解這些方程以獲得諸如速度，壓力和溫度等現場值，在有限（但通常很大）的問題域中的點數上。
   盡管獲得微分方程近似解的數值方法已經存在了許多世紀，但計算機存儲大量數值數據并對其進行快速操作的能力使得技術成為物理學家和工程師最實用的工具。同時，這意味著人們經常發現CFD在實際問題上的應用受到可用計算能力的限制。
   CFD分析允許對流體進行建模，因為它具有數值求解狀態和物理行為方程的多功能性，以差分或顯式形式表示。此外，由于傳熱問題具有至關重要的實際意義，任何稱職的模擬工具都包括計算溫度分布以及壓力和速度的模塊。此外，一些應用還可以包括用于彈性變形或化學反應的固體分析，以及其他非流體應用。
流體動力學模擬的一些典型用例包括：
   流過管道和附件??，如閥門，三通和減速器，以預測壓降，速度和渦流形成。
   車輛空氣動力學，包括汽車和飛機，以預測阻力，升力和下壓力。
   建筑物的風力工程，預測風力，渦流形成和行人舒適度。
   HVAC系統，用于評估管道的性能或優化人工或自然通風和能量消耗的熱舒適性。
   換熱器，預測傳熱和壓降。
   電子冷卻，預測自然和強制冷卻策略的性能。
   風車，用于預測在給定風速下的葉片升力，速度和發電量。
   污染擴散和空氣污染控制，潔凈室設計。
   船舶和海上結構的水動力性能。
為了開始了解CFD分析的工作原理，下面列出了CFD問題的典型特征：
   該問題是在封閉的幾何體上定義的，稱為“邊界”所包圍的“域”。
   要模擬的現象是明確定義的，例如存在傳熱，湍流，化學反應，多相，多體等，具有已知的材料特性和狀態方程的系數。
   已知初始值以及所考慮字段的邊界上的值。這可能包括壓力，流速，墻壁，溫度，熱源等。
   域的幾何形狀被分成稱為“單元”的小基本形狀。所有單元格的集合稱為“網格”。單元格的大小將決定解決方案的精度（越小越好），但使用的數量將定義對計算機內存的需求（較小的單元格，計數越大，消耗的內存越多，解決方案的時間越長）過程將采取）。
使用CFD分析的主要行業
   以下是一些利用CFD分析能力的最具代表性的工業部門，以及他們為何這樣做的簡短說明：
汽車
   汽車行業將CFD用于許多應用，其中最重要的是車輛空氣動力學。CFD分析用于預測阻力，下壓力和對轉彎/側風流動的穩定性。其他汽車應用包括發動機燃燒和熱性能，通風，廢氣等。這是一個模擬F1賽車空氣動力學示例項目的鏈接。
航空
   在航空工業中，CFD的主要應用也是空氣動力學，目的是優化升力/阻力比并研究不穩定性。這是一個關于飛機空氣動力學的示例項目，該項目涉及模擬如何為氣流和飛機性能提供有價值的見解。航空工業中用于模擬的其他重要領域包括通風和空氣過濾。
制造業
   在制造業中，CFD用于研究冷卻系統在消費產品中的性能，特別是那些使用電子產品的消費產品。以下是Raspberry Pi的示例項目 - 機箱設計。
為什么重要？
   隨著產品開發周期越來越短，越來越多的產品依靠精確的性能來取得成功，數值模擬總是越來越重要。它能夠通過快速，可靠和簡便的工作流程進行精確的性能預測，即使在第一個原型制造之前，也可以直接從工程師的工作站進行優化。
   CFD仿真并不是這種趨勢的例外，而且SimScale等產品以合理的價格提供了大量的計算能力和最佳的工作流程，沒有復雜的軟件和硬件安裝的麻煩，這些優勢可以被更多的公司所接受，即使是那些預算緊張的人。