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Os segredos da dinâmica de fluidos: por que a dinâmica de fluidos computacional é tão importante?
Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, a dinâmica de fluidos computacional (CFD) tornou-se uma ferramenta indispensável nas comunidades científica e de engenharia. CFD utiliza análise numérica e estruturas de dados para analisar e resolver problemas de fluxo de fluidos e pode desempenhar um papel importante em diversos campos de aplicação. Isto não envolve apenas experimentos aeroespaciais e em túneis de vento, mas também inclui muitos campos, como engenharia ambiental e bioengenharia. Com o surgimento de computadores de alto desempenho, o escopo de aplicação e a precisão do CFD também aumentaram.
CFD normalmente usa métodos numéricos para simular o fluxo livre de fluidos e abordar a interação entre fluidos e condições de contorno.
O núcleo da CFD baseia-se nas equações de Navier-Stokes, que descrevem o comportamento da maioria dos fluxos monofásicos (gás ou líquido). À medida que a pesquisa avança, os cientistas tentam simplificar essas equações, removendo termos que descrevem efeitos viscosos e derivando as equações de Euler e outras equações potenciais.
Em termos de contexto histórico, as origens do CFD remontam à década de 1930, quando os pesquisadores começaram a usar equações de potencial linear para cálculos. Os primeiros cálculos semelhantes ao CFD moderno apareceram na década de 1940. Embora tenham falhado, esses cálculos lançaram as bases para a meteorologia numérica futura.
Mesmo com a tecnologia de computação limitada na época, a pesquisa de CFD abriu caminho para o desenvolvimento futuro.
Com o avanço da tecnologia de computação, a simulação do fluxo tridimensional de fluidos tornou-se possível. Francis H. Harlow, do Laboratório Nacional de Los Alamos, foi um dos pioneiros nesta área e fez uma série de avanços em simulações transitórias de fluxos. O grupo de Harlow desenvolveu uma variedade de métodos numéricos entre 1957 e 1960 que tiveram um impacto profundo no avanço da CFD.
Depois de entrar na década de 2000, o CFD ganhou atenção numa gama mais ampla de campos científicos, especialmente para aplicações no projeto e análise de vários sistemas industriais. Com o avanço da tecnologia de visualização, a CFD não se limita à simulação digital, mas também pode apresentar o estabelecimento e as alterações do fluxo de fluidos através de uma interface gráfica.
O CFD é amplamente utilizado em muitas áreas profissionais, como aerodinâmica, simulação meteorológica, ciências naturais e engenharia ambiental.
No processo de estabelecimento de um modelo CFD, um passo importante é selecionar equações de fluxo de fluido apropriadas e suposições físicas relacionadas. Essas equações ajudam a garantir a racionalidade e a precisão da simulação, fornecendo assim suporte de dados confiável ao projetar ou otimizar sistemas de fluidos.
Além disso, com o desenvolvimento contínuo de software CFD, a nova geração de ferramentas CFD não só tem maior poder de computação, mas também pode lidar com problemas de fluxo de fluidos mais complexos, como fluxo supersônico ou fluxo turbulento, proporcionando assim maior precisão de simulação.
O uso de CF também está se expandindo gradualmente para a engenharia química, fornecendo uma alternativa precisa e econômica para explorar a complexidade do comportamento do fluxo de partículas sem ter que depender de métodos experimentais tradicionais.
À medida que o CFD evolui, que melhorias ou avanços inesperados podem surgir no futuro? Será que isto anuncia que enfrentaremos maiores desafios e oportunidades?
