La progettazione assistita da computer (CAD) e la fluidodinamica computazionale (CFD) sono strumenti distinti ma correlati, utilizzati nei processi di progettazione tecnica e progettazione. Il software CAD si concentra sulla creazione di rappresentazioni digitali 2D o 3D dettagliate di oggetti fisici, consentendo agli ingegneri di visualizzare, progettare e prototipare prodotti, strutture o sistemi. Si occupa principalmente di geometria, quote e relazioni spaziali.

La CFD, invece, si occupa di simulare e analizzare il comportamento dei fluidi, come gas o liquidi, all'interno o intorno a questi oggetti progettati con il software CAD. Aiuta a prevedere il flusso dei fluidi, la distribuzione della temperatura, la pressione e altri parametri. Mentre il software CAD crea il progetto, la CFD ne valuta le prestazioni, ottimizzando aspetti come l'aerodinamica, il trasferimento di calore e il trasporto dei fluidi. In sintesi, il software CAD aiuta nella creazione del progetto, mentre la CFD si concentra sulla valutazione del modo in cui i sistemi progettati interagiscono con i fluidi.

La fluidodinamica computazionale (CFD) è uno strumento versatile utilizzato in vari settori e varie applicazioni. Viene usato principalmente per analizzare e simulare il comportamento dei fluidi, inclusi gas e liquidi. Le applicazioni principali della CFD includono l'aerodinamica nelle progettazioni aerospaziale e automotive: ottimizzano i sistemi HVAC in termini di efficienza energetica e migliorano le prestazioni delle turbomacchine come pompe e turbine.

La CFD aiuta i settori farmaceutico e biomedico nell'analisi della somministrazione di farmaci e nella simulazione del flusso sanguigno. È fondamentale negli studi ambientali in quanto valuta la dispersione degli inquinanti e il flusso naturale dell'acqua. Le previsioni meteorologiche si basano sulla CFD per modellare le condizioni atmosferiche. Inoltre la CFD svolge un ruolo fondamentale nei processi industriali. Ad esempio ottimizza la combustione nella produzione di energia e valuta la fluidodinamica nell'ingegneria chimica.

Conservazione della massa: equazione di continuità

Conservazione della quantità di moto: seconda legge di Newton

Conservazione dell'energia: primo principio della termodinamica o equazione dell'energia

La CFD può essere estremamente vantaggiosa in un'ampia gamma di settori e applicazioni. Che siate un ingegnere, uno scienziato o un progettista, la CFD fornisce informazioni preziose sul comportamento dei fluidi, offrendo soluzioni a problemi complessi. Contribuisce a ottimizzare i progetti per migliorare le prestazioni, ridurre la necessità di costosi prototipi fisici e accelerare lo sviluppo dei prodotti. La CFD aiuta a comprendere il flusso d'aria, il trasferimento di calore e la distribuzione della pressione, che è fondamentale in settori come quelli aerospaziale, automotive, HVAC e delle turbomacchine. Inoltre svolge un ruolo fondamentale nella ricerca medica e ambientale, offrendo approfondimenti sulla somministrazione di farmaci, sul flusso sanguigno e sulla dispersione degli inquinanti. In sostanza la CFD è un potente strumento per la risoluzione dei problemi e l'innovazione in vari ambiti.

La fluidodinamica computazionale (CFD) si basa sulle equazioni di Navier-Stokes, che costituiscono la base per la modellazione dei flussi di fluidi monofase. Le semplificazioni portano alle equazioni di Eulero e alle equazioni del pieno potenziale eliminando i termini relativi alla viscosità e alla vorticità. Sono emerse equazioni di potenziale linearizzato per flussi subsonici e supersonici. I primi metodi 2D, come le trasformazioni di flusso intorno a cilindri e profili alari, sono stati sviluppati negli anni '30. I calcoli basati sulla differenza finita di Lewis Fry Richardson e il suo libro "Weather Prediction by Numerical Process" hanno gettato le basi per la CFD. I calcoli della CFD degli anni '40 con ENIAC hanno rispecchiato le tecniche di Richardson, plasmando l'evoluzione del campo.