計算流體動力學

電腦輔助設計 (CAD) 和計算流體動力學 (CFD) 是工程和設計流程中迥然不同卻又彼此關聯的工具。CAD 側重於建立物理物件的詳細 2D 或 3D 數位呈現，以便工程師能夠針對各項產品、結構或系統進行視覺化處理、設計並製作原型。CAD 重點擺在幾何、尺寸和空間關係。

而 CFD 則負責模擬和分析這些使用 CAD 設計的物件內部或周圍的流體 (如氣體或液體) 的行為。CFD 有助於預測流體流量、溫度分佈、壓力和其他參數。CAD 進行設計時，CFD 負責評估設計效能，以便最佳化空氣動力學、熱傳導和流體輸送等方面。簡言之，CAD 有助於建立設計圖樣，而 CFD 則側重於評估所設計之系統與流體之間的互動方式。

計算流體動力學 (CFD) 是一種用於各種行業和應用的多功能工具。它主要用於分析和模擬流體行為，包括氣體和液體。CFD 的主要應用包括航空航太和汽車設計中的空氣動力學、最佳化 HVAC 系統以提高能源效率，以及提高泵浦和渦輪機等渦輪機械的效能。

CFD 有助於製藥和生物醫學領域的藥物傳輸分析和血流模擬。CFD 有助於環境研究、評估污染物擴散和自然水流。天氣預報倚賴 CFD 對大氣條件進行建模。此外，CFD 在工業製程中扮演著關鍵的角色，例如最佳化發電過程的燃燒效率以及評估化學工程的流體動力學。

質量守恆：連續方程式

動量守恆：牛頓第二定律

能量守恆：熱力學第一定律或能量方程式

CFD 在各行各業與各式應用當中，影響相當廣泛。無論您是工程師、科學家還是設計師，CFD 都能提供關於流體行為的寶貴見解，為複雜問題提供解決方案。它有助於優化設計以提高性能，減少對昂貴的物理原型的需求，並加速產品開發。CFD 有助於瞭解氣流、傳熱和壓力分佈，這在航空航太、汽車、暖通空調和渦輪機械等領域至關重要。它在醫學和環境研究中也起著至關重要的作用，提供了對藥物輸送、血流和污染物擴散的見解。本質上來說，CFD 是跨領域解決問題和創新的強大工具。

計算流體動力學 (CFD) 以納維 - 斯托克斯方程式為基礎，是模擬單相流體流量的基礎。簡化過程藉由消除與黏度及渦度相關的項來取得尤拉方程式和全電勢方程式。亞音速和超音速流量產生了線性勢方程式。早期的 2D 方法，例如圓柱體和翼型周圍的流體轉換，是在 1930 年代開發完成。Lewis Fry Richardson 的有限差分計算和他的著作「運用數值分析進行天氣預測」為 CFD 奠定了基礎。1940 年代使用 ENIAC 進行的 CFD 計算結果呈現出 Richardson 的技術，為該領域的發展擘畫藍圖。