La dynamique des fluides numérique (CFD) est l’étude du comportement des fluides, liquides et gazeux, par l’utilisation de puissants ordinateurs exécutant des logiciels de méthodes numériques. La connaissance de l’interaction des solides avec les fluides environnants en écoulement est d’un intérêt clé dans la conception de nombreux dispositifs mécaniques. Le CFD a élargi les sujets auxquels les études et expériences de dynamique des fluides peuvent être appliquées.
Traditionnellement, les études computationnelles de la dynamique des fluides étaient menées dans des souffleries ou des réservoirs d’eau courante avec des avions, des voitures et des bateaux réels ou modèles. Avec l’utilisation de la CFD, les mécanismes d’événements aussi divers que les éruptions volcaniques, les ouragans, les vortex stationnaires dans l’eau ou dans l’air, les courants océaniques, le cours des incendies de forêt et plus encore sont des cibles potentielles. Une limite à ces études est la connaissance des variables qui doivent être définies pour chaque système. Les variables minimales incluent la température, la pression et les compositions pour les systèmes subissant des réactions chimiques à une limite définie.
Le logiciel CFD est basé sur la résolution des équations de Navier-Stokes, ou leurs simplifications. Les variables d’intérêt sont définies pour une frontière connue dans le système. Une grille virtuelle de deux ou trois dimensions est placée sur le système, et les équations sont résolues pour les propriétés du fluide entrant et sortant à chaque frontière virtuelle. Le développement du logiciel CFD s’est accompagné de la disponibilité de la puissance de calcul, car les algorithmes nécessitent des calculs et une optimisation répétés jusqu’à ce que des solutions soient trouvées.
La conception de véhicules est un objectif fréquent des expériences de dynamique des fluides. Les flux d’air autour des voitures affectent les performances, la consommation de carburant et le niveau de bruit. Les avions, les bateaux et en particulier les véhicules spatiaux s’appuient sur ces études pour prédire l’accumulation de chaleur ou de glace ainsi que pour la rationalisation afin de réduire les pertes par friction.
La dissipation thermique est un sujet majeur en dynamique des fluides numérique. Tous les composants électroniques sont sensibles à l’accumulation de chaleur et sont souvent enfermés dans de petites boîtes avec un débit d’air limité. En utilisant des modèles CFD, les concepteurs peuvent rediriger les composants vers un meilleur flux d’air et un meilleur refroidissement.
L’étude des conditions de couche limite est abordée par la dynamique numérique des fluides. La couche limite fait référence à la très fine couche de fluide statique le long de la surface d’un solide se trouvant sur le trajet d’un fluide en mouvement. C’est dans ce microenvironnement que la corrosion, le transfert de chaleur et les niveaux de concentration des composants sont les plus critiques.
L’acquisition de compétences pour travailler dans le domaine de la dynamique des fluides numérique nécessite généralement une formation en génie chimique ou des activités similaires. Une compréhension approfondie du transfert de masse, du transfert de chaleur, de la cinétique et de la dynamique des fluides est nécessaire. L’utilisation de progiciels d’application CFD commerciaux est souvent enseignée par la société de logiciels ou les compétences sont développées sur le tas.