Obliczeniowa dynamika płynów (CFD) to badanie zachowania płynów, ciekłych i gazowych, za pomocą potężnych komputerów z oprogramowaniem metod numerycznych. Znajomość interakcji ciał stałych z otaczającymi płynami ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu wielu urządzeń mechanicznych. CFD rozszerzyło tematy, do których można zastosować badania i eksperymenty dotyczące dynamiki płynów.
Tradycyjnie badania dynamiki obliczeniowej płynów prowadzono w tunelach aerodynamicznych lub w zbiornikach z przepływającą wodą przy użyciu rzeczywistych lub modelowych samolotów, samochodów i łodzi. Przy wykorzystaniu CFD potencjalnymi celami są mechanizmy tak różnorodnych zdarzeń, jak erupcje wulkanów, huragany, stojące wiry w wodzie lub powietrzu, prądy oceaniczne, przebieg pożarów i inne. Ograniczeniem tych badań jest znajomość zmiennych, które należy zdefiniować dla każdego systemu. Zmienne minimalne obejmują temperaturę, ciśnienie i skład dla systemów przechodzących reakcje chemiczne na określonej granicy.
Oprogramowanie CFD opiera się na rozwiązaniu równań Naviera-Stokesa lub ich uproszczeniu. Interesujące zmienne są zdefiniowane dla jednej znanej granicy w systemie. Nad systemem umieszczana jest wirtualna siatka o dwóch lub trzech wymiarach, a równania są rozwiązywane dla właściwości wpływającego i wypływającego płynu na każdej wirtualnej granicy. Rozwój oprogramowania CFD zbiegł się z dostępnością mocy obliczeniowej, ponieważ algorytmy wymagają powtarzania obliczeń i optymalizacji aż do znalezienia rozwiązań.
Projekt pojazdu jest częstym celem eksperymentów dotyczących dynamiki płynów. Przepływy powietrza wokół samochodów wpływają na osiągi, zużycie paliwa i poziom hałasu. Samoloty, łodzie, a zwłaszcza pojazdy kosmiczne, polegają na tych badaniach w celu przewidywania gromadzenia się ciepła lub lodu, a także usprawniania w celu zmniejszenia strat tarcia.
Rozpraszanie ciepła to główny temat w obliczeniowej dynamice płynów. Wszystkie elementy elektroniczne są podatne na gromadzenie się ciepła i często są zamknięte w małych skrzynkach z ograniczonym przepływem powietrza. Korzystając z modeli CFD, projektanci mogą przekierować komponenty w celu lepszego przepływu powietrza i chłodzenia.
Badaniem warunków warstwy granicznej zajmuje się obliczeniowa dynamika płynów. Warstwa graniczna odnosi się do bardzo cienkiej warstwy płynu, która jest statyczna wzdłuż powierzchni ciała stałego znajdującego się na drodze poruszającego się płynu. W tym mikrośrodowisku korozja, przenoszenie ciepła i stężenie składników są najbardziej krytyczne.
Nabycie umiejętności pracy w dziedzinie obliczeniowej dynamiki płynów zwykle wymaga wykształcenia w zakresie inżynierii chemicznej lub podobnych zajęć. Niezbędne jest dogłębne zrozumienie wymiany masy, wymiany ciepła, kinetyki i dynamiki płynów. Korzystanie z komercyjnych pakietów aplikacji CFD jest często nauczane przez firmę programistyczną lub umiejętności są rozwijane w trakcie pracy.