전산 유체 역학

컴퓨터 지원 설계(CAD)와 전산 유체 역학(CFD)은 별개의 도구이지만, 엔지니어링 및 설계 프로세스에서 사용되는 상호 연관된 도구입니다. CAD는 엔지니어가 제품, 구조 또는 시스템을 시각화, 설계 및 프로토타입으로 제작할 수 있도록 물리적 객체의 상세한 2D 또는 3D 디지털 표현을 생성하는 데 중점을 둡니다. CAD는 주로 형상, 치수 및 공간 관계와 관련이 있습니다.

반면 CFD는 이러한 CAD 설계 객체 내부 또는 주변에서 기체 또는 액체와 같은 유체의 동작을 시뮬레이션하고 분석하는 작업을 다룹니다. CFD는 유체 흐름, 온도 분포, 압력 및 기타 매개 변수를 예측하는 데 도움이 됩니다. CAD는 설계를 생성하는 한편, CFD는 성능을 평가하여 공기 역학, 열 전달 및 유체 수송과 같은 측면을 최적화합니다. 요약하자면, CAD는 설계 생성을 지원하는 반면 CFD는 설계된 시스템이 유체와 상호 작용하는 방식을 평가하는 데 중점을 둡니다.

전산 유체 역학(CFD)은 다양한 산업 및 응용 분야에서 사용되는 다목적 도구입니다. 주로 가스 및 액체를 포함한 유체 동작을 분석하고 시뮬레이션하는 데 사용됩니다. CFD의 주요 응용 분야로는 항공 우주 및 자동차 산업의 공기 역학, 에너지 효율성을 위한 HVAC 시스템 최적화, 펌프 및 터빈과 같은 터보 기계류의 성능 향상 등이 있습니다.

CFD는 약물 전달 분석 및 혈류 시뮬레이션에서 제약 및 생물 의학 분야를 지원합니다. CFD는 오염 물질 분산 및 자연 물 흐름을 평가하는 환경 연구에 중요한 역할을 합니다. 일기 예보는 CFD를 사용하여 대기 조건을 모델링합니다. 또한 CFD는 발전 시 연소 최적화 및 화학 공학의 유체 역학 평가와 같은 산업 공정에서 중요한 역할을 합니다.

질량 보존: 연속성 방정식

운동량 보존: 뉴턴의 제2법칙

에너지 보존: 열역학 제1법칙 또는 에너지 방정식

CFD는 광범위한 산업 및 응용 분야에서 매우 유용할 수 있습니다. 엔지니어, 과학자, 설계자 모두에게 CFD는 유체 동작에 대한 귀중한 통찰력을 선사하여 복잡한 문제에 대한 솔루션을 제시합니다. 성능 향상을 위해 설계를 최적화하고, 비용이 많이 드는 물리적 프로토타입의 필요성을 줄이고, 제품 개발을 앞당기는 데 도움이 됩니다. CFD는 항공 우주, 자동차 산업, HVAC 및 터보 기계와 같은 분야에서 중요한 공기 흐름, 열 전달 및 압력 분포를 이해하는 데 도움이 됩니다. 또한 약물 전달, 혈류 및 오염 물질 분산에 대한 통찰력을 제공하여 의료 및 환경 연구에서 중요한 역할을 합니다. 본질적으로 CFD는 다양한 영역에서 문제 해결 및 혁신을 위한 강력한 도구입니다.

전산 유체 역학(CFD)은 단상 유체 흐름 모델링의 기초인 나비에-스톡스 방정식을 기반으로 합니다. 점도 및 와도와 관련된 항을 제거하는 단순화를 거치면 오일러 방정식과 전위 방정식으로 이어집니다. 그리고 아음속 및 초음속 흐름에 대해 선형화된 전위 방정식이 등장했습니다. 실린더 및 에어포일 주위의 유동 변환과 같은 초기 2D 방법은 1930년대에 개발되었습니다. 루이스 프라이 리처드슨(Lewis Fry Richardson)의 유한 차분 기반 계산과 그의 저서 "수치 프로세스에 의한 날씨 예측(Weather Prediction by Numerical Process)"은 CFD의 토대를 마련했습니다. ENIAC을 사용한 1940년대의 CFD 계산은 리처드슨(Richardson)의 기술을 반영하여 이 분야의 진화를 이끌어 나갔습니다.