La dinámica de fluidos computacional (CFD) es el estudio del comportamiento de fluidos, líquidos y gaseosos, mediante el uso de potentes computadoras que ejecutan software de métodos numéricos. El conocimiento de la interacción de los sólidos con los fluidos circundantes es de interés clave en el diseño de muchos dispositivos mecánicos. CFD ha ampliado los temas a los que se pueden aplicar estudios y experimentos dinámicos de fluidos.
Tradicionalmente, los estudios de dinámica de fluidos computacional se llevaban a cabo en túneles de viento o tanques de agua corriente con aviones, automóviles y barcos reales o modelo. Con el uso de CFD, los mecanismos de eventos tan diversos como erupciones volcánicas, huracanes, vórtices permanentes en el agua o en el aire, las corrientes oceánicas, el curso de los incendios forestales y más son objetivos potenciales. Un límite para estos estudios es el conocimiento de las variables que deben definirse para cada sistema. Las variables mínimas incluyen temperatura, presión y composiciones para sistemas que experimentan reacciones químicas en un límite definido.
El software CFD se basa en la solución de las ecuaciones de Navier-Stokes, o simplificaciones de ellas. Las variables de interés se definen para un límite conocido en el sistema. Se coloca una cuadrícula virtual de dos o tres dimensiones sobre el sistema, y las ecuaciones se resuelven para las propiedades del fluido entrante y saliente en cada límite virtual. El desarrollo del software CFD fue paralelo a la disponibilidad de potencia computacional, ya que los algoritmos requieren cálculos repetidos y optimización hasta que se encuentren soluciones.
El diseño del vehículo es un objetivo frecuente de los experimentos de dinámica de fluidos. Los flujos de aire alrededor de los automóviles afectan el rendimiento, el consumo de combustible y el nivel de ruido. Los aviones, las embarcaciones y especialmente los vehículos espaciales confían en estos estudios para predecir la acumulación de calor o hielo, así como la racionalización para reducir las pérdidas por fricción.
La disipación de calor es un tema importante en la dinámica de fluidos computacional. Todos los componentes electrónicos son susceptibles a la acumulación de calor y a menudo están encerrados en pequeñas cajas con flujo de aire limitado. Mediante el uso de modelos CFD, los diseñadores pueden redirigir componentes para mejorar el flujo de aire y la refrigeración.
El estudio de las condiciones de la capa límite se aborda mediante la dinámica de fluidos computacional. La capa límite se refiere a la capa muy delgada de fluido que es estática a lo largo de la superficie de un sólido que se encuentra en la trayectoria de un fluido en movimiento. En este microambiente es donde los niveles de corrosión, transferencia de calor y concentración de componentes son más críticos.
La adquisición de habilidades para trabajar en el campo de la dinámica de fluidos computacional generalmente requiere educación en ingeniería química o actividades similares. Es necesaria una comprensión profunda de la transferencia de masa, transferencia de calor, cinética y dinámica de fluidos. El uso de paquetes de aplicaciones comerciales de CFD a menudo lo enseña la compañía de software o las habilidades se desarrollan en el trabajo.