計算流體動力學 (CFD) 模擬基於納維-斯托克斯方程，用於描述流體的運動。
計算流體動力學模擬涉及使用力學基本定律、流體動力學控制方程式和建模來以數學方式表達物理問題。公式化後，計算資源將使用數值方法透過 CFD 軟體求解方程，以獲得所涉及物理屬性的近似解。
計算流體動力學模擬基於納維-斯托克斯方程，用於描述流體的運動。CFD 模擬的準確性取決於模型的保真度、所使用的近似值和假設、實驗驗證以及可用的計算資源。必須表徵計算流體動力學模擬中的不確定性和誤差，才能將其用作設計和分析的有效工具。
預測流體行為及其與周圍環境交互作用的主要方法有三種：實驗法、分析法、數值法。計算流體動力學是使用計算方法和硬體模擬穩態和非穩態流體運動的數值方法。
計算流體動力學是一種行之有效的方法，通常用於替代或補充實驗和分析方法，以幫助日常產品的工程設計和分析。
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計算流體動力學是一種行之有效的方法，通常用於替代或補充實驗和分析方法，以幫助日常產品的工程設計和分析。與原型設計和實驗相比，CFD 模擬具有以下優點。
計算流體動力學模擬使您能夠快速分析和探索提高產品性能的工程可能性。
CFD 模擬可協助您比建置和測試方法更快地將最佳化的產品設計推向市場。
與傳統的基於原型的設計流程相比，利用計算流體動力學，您可以顯著降低產品開發成本。
無論使用什麼軟體，所有計算流體動力學模擬都遵循這些通用步驟。
預處理階段包括建立幾何體並為 CFD 模擬做好準備。在稱為網格劃分或網格生成的過程中，CFD 工具將域分解為小體積/單元。使用者應用流動條件、流體屬性和初始邊界條件。
CFD 模擬軟體開始使用 CFD 解算器迭代求解離散方程式。此步驟可能需要大量時間或計算資源。對於複雜的模擬，越來越多的企業開始轉向雲端運算作為解決該問題的經濟高效的解決方案。
求解完成後，下一步是使用報告、監視器、繪圖、2D/3D 圖像和動畫定性和定量地分析和視覺化模擬結果。結果的驗證和確認也包括在這個階段。
現代計算流體動力學不僅僅是模擬和預測流體流動和傳熱行為的能力。如今，CFD 已嵌入到多學科電腦輔助工程 (CAE) 環境中，使工程師能夠對各種與流體相關的物理學進行建模，從反應流到氣動聲學，從多相流到粒子動力學，從電子冷卻到空氣動力學，將它們與相關的流體動力學結合。在產品日益複雜的世界中，這一點至關重要，需要整體跨領域工程才能達到最佳效能。
幾十年來，有限元素分析 (FEA) 已成功應用於產品工程。同時，高保真建模方法和更實用的建模方法不斷開發，使您能夠更快地獲得足夠準確的結果。
如今，工程師可以而且必須選擇最適合其需求的精度級別，以最少的計算量回答工程問題。準確度範圍從能夠將真實行為預測在百分之幾甚至更低的高保真建模技術到能夠實現快速趨勢預測的快速方法。
如今，FEA 模擬工具的認證和驗證流程已十分完善。它們仍將是有限元素分析的進步、其對數位孿生的可靠性和信任以及其在新領域的建立的關鍵因素。雖然預測模擬將持續減少對昂貴的測量和原型設計的需求，但它將繼續需要嚴格的有限元素方法和實驗驗證的最佳實踐。
無網格 CFD 方法為選定的應用提供了一種有吸引力的基於網格方法的替代方法。當快速獲得結果比最高精度更重要時，平滑粒子流體動力學 (SPH) 是一種有效的工具。然而，這兩種方法都有自己的位置，並且根據求解時間與所需精度的要求，選擇基於網格或無網格的方法可能是有益的。
我們周圍的大多數與產品開發相關的流程本質上都是動蕩的。幾十年來，科學和工業已經建立了密切的關係，將湍流描述納入納維-斯托克斯方程中。例如，為給定應用和 CFD 專案劃分最適合的湍流模型在很大程度上取決於精度與模擬速度要求。
一般來說，湍流建模可分為三大類：統計建模，也稱為雷諾平均納維斯托克斯 (RANS)、尺度解析模擬 (SRS)，如大渦模擬 (LES) 或分離渦模擬 (DES)，最後是直接數值模擬 （DNS），它不會對湍流做出任何建模假設。
學習 CFD 需要時間、奉獻、徹底的學習和實踐。了解流體動力學的基礎物理學和納維-斯托克斯方程式、掌握數值方法及其局限性並練習實際計算流體動力學軟體工具的實際使用至關重要。由於現代計算流體動力學軟體中使用者介面的自動化和不斷改進，高保真 CFD 在所有層級轉換、探索結果和做出基於模擬的決策的範圍方面的障礙將進一步減少。了解基本流體動力學以判斷結果並根據 CFD 結果做出有意義的工程決策也至關重要。
CFD 專案的硬體選擇實際上取決於您的專案、預算和當前的優先事項。一些建議：x86 CPU 已經運行模擬很久了。每個求解器最初都是針對該平台開發和驗證的。尋找具有最大快取的 CFD 硬體 - 伺服器、工作站和筆記型電腦。如今，圖形處理單元 (GPU) 支援許多求解器，軟體將進一步適應這一點。該解決方案非常節能。請密切注意您所需的求解器是否受到支援並滿足您的用例的記憶體要求。這可以讓您充分利用多 GPU 工作站和 GPU 叢集。ARM 處理器支援除圖形使用者介面之外的所有功能。這是一種經濟高效的運算方法，尤其是在雲端服務上。前提是您的運算流體力學模擬工具支援 ARM 技術。一般來說，基於雲端的 CFD 模擬是一種簡單的解決方案。無需投資昂貴的電腦硬件，無閒置成本，並且可按需擴展。
