Was ist numerische strömungsmechanik?

Die numerische Strömungsmechanik (NSM) ist ein Zweig der Strömungsmechanik, der sich mit der Lösung von Strömungsproblemen, insbesondere der Berechnung von Strömungsverhalten, mithilfe numerischer Methoden und computergestützter Simulationen befasst.

Die NSM nutzt mathematische Modelle und Algorithmen, um die Navier-Stokes Gleichungen zu lösen, die die Grundlage für die Beschreibung des Verhaltens von Fluiden bilden. Durch die numerische Lösung dieser Gleichungen können verschiedene Strömungsphänomene wie Turbulenz, Strömungsumlenkung, Druckverteilung und Kräfte erfasst werden.

Die NSM ermöglicht die Darstellung und Analyse von Strömungsvorgängen, die in der Realität schwer messbar oder beobachtbar sind, wie z.B. die Strömung um Flugzeuge, Fahrzeuge oder Gebäude. Sie wird in vielen Bereichen angewendet, darunter die Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Energietechnik, Architektur, Umwelttechnik und Medizin.

Zur Durchführung einer numerischen Strömungsmechanik-Simulation sind bestimmte Schritte erforderlich. Dazu gehören die Modellierung des physikalischen Problems, die Diskretisierung des Computational Fluid Dynamics (CFD) Gitters, die Auswahl numerischer Methoden zur Lösung der Gleichungen, die Durchführung der Rechnung und schließlich die Bewertung und Interpretation der Ergebnisse.

Die NSM hat sich in den letzten Jahrzehnten stark weiterentwickelt und bietet nunmehr genaue und zuverlässige Vorhersagen des Strömungsverhaltens. Sie ermöglicht es Ingenieuren, verschiedene Designoptionen zu analysieren, bevor sie teure Prototypen bauen oder in aufwändige experimentelle Untersuchungen investieren müssen.

Obwohl die NSM eine leistungsstarke Methode zur Strömungsanalyse ist, hat sie auch gewisse Einschränkungen. Die Genauigkeit der Ergebnisse hängt von der Qualität des mathematischen Modells, der Genauigkeit der Diskretisierung und anderen numerischen Faktoren ab. Zudem erfordern Simulationen hohe Rechenkapazitäten und lange Rechenzeiten, insbesondere bei komplexen Strömungsproblemen.

Insgesamt bietet die numerische Strömungsmechanik jedoch ein wertvolles Werkzeug zur Untersuchung und Optimierung von Strömungsverhalten in einer Vielzahl von Anwendungen.