Redigerer Numerisk fluiddynamikk

[[Fil:CFD Shuttle.jpg|thumb|En grafisk presentasjon av resultatene fra en CFD-bereging av en landing av [[Space Shuttle Columbia]]]]
'''Numerisk fluiddynamikk''' eller '''numerisk væskedynamikk''' (engelsk ''computational fluid dynamics'' - forkortet CFD) er en gren av [[fluiddynamikk]] der numeriske metoder brukes til å analysere strømningsproblemer. 

== Matematisk modellering ==
Den grunnleggende matematiske modellen er [[Navier-Stokes-ligningene]], vanligvis med visse forenklinger. Avhengig på hvilke problem en vil analysere kan en bruke ulike komplekse modeller. Disse modellene uttrykkes som systemer av [[partielle differensialligninger]]:
* Navier-Stokes-ligninger
* [[Eulers ligninger]]
* [[Laplaceligninger]]
* Potensialstrømning

== Metodikk ==
=== Diskretisering ===
Da de partielle differensialligningene som beskriver strømningen vanligvis er ikke-lineære og svært sjeldent eller aldri har en analytisk løsning, må ligningene løses numerisk. Et første steg er å dele opp det fysiske strømningsfeltet i diskrete deler der en så løser ligningene numerisk. Hovedmetodene er:
* Volummetoder (FVM)
* Elementmetoder (FEM)
* Endelig differansemetoder (FDM)
* Boundary elementmetoden (BED)

=== Volummetoden === 
'''Volummetoden''' er den vanligste metoden for moderne CFD-programmer, der en bruker formelen:

:<math>\frac{\partial}{\partial t}\iiint Q\, dV + \iint F\, d\mathbf{A} = 0,</math>

Der <math>Q</math> er en [[Vektor (matematikk)|vektor]] av konserverende variabler, <math>F</math> er en vektor av strømningen, som massestrømning, flyt av bevegelsesmengde eller flyt av energi, <math>V</math> er volumet av kontrollvolumelementet og <math>\mathbf{A}</math> er arealet av kontrollvolumelementet.

=== Turbulensmodellering ===
Der [[turbulens]] har betydning for problemet en vil løse, kan en velge å løse Navier-Stokes-ligningene med en [[turbulens]]modell. De vanligst metodene er:
* Direct numerical simulation (DNS)
* Large eddy simulation (LES)
* Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS)
* Laminær strømning
For beregning av [[bølgelaster]] mot konstruksjoner på [[Oljeplattform|oljeplattformer]] har turbulensen liten betydning da trykklaster dominerer, og konstruksjonene er laget uten skarpe kanter.<ref>Vestbøstad, Tone M. "A numerical study of wave-in-deck impact using a two-dimensional constrained interpolation profile method." (2009).</ref>

=== Volume of fluids (VOF) ===
Sammen med bruk av [[Volume of fluid-metoden]] kan en løse problemer knyttet til ekstreme bølger som slår inn i [[oljeplattform|oljeplattformer]] og [[Vindmølle|vindmøller]]. En løser Navier-Stokes-ligningene med et elementnett som forflytter seg med bølgen, og der VOF-funksjonen forteller om elementet er fylt med væske eller ikke. Metoden er massekonserverende. Den tillater også at væsken kolliderer med legemer. Metoden har problemer med 
* Å lage økonomiske modeller som er tilstrekkelig nøyaktige.<ref>Vestbøstad, Tone M. "A numerical study of wave-in-deck impact using a two-dimensional constrained interpolation profile method." (2009).</ref>
* Å lage korrekte randbetingelser (engelsk ''boundary conditions'').<ref>A.E.P. Veldman og R.H.H. Huijsmans: Extreme wave impact on offshore platforms and coastal structures, Marin, 2008.</ref>
* Å håndtere viskøse grenselag (engelsk ''boundary layers").<ref>A.E.P. Veldman og R.H.H. Huijsmans: Extreme wave impact on offshore platforms and coastal structures, Marin, 2008.</ref> 
* Metoden tillater at væskepartikler skiller lag med resten av væsken, men det kan likevel føre til uønsket tap av masse.<ref>A.E.P. Veldman og R.H.H. Huijsmans: Extreme wave impact on offshore platforms and coastal structures, Marin, 2008.</ref>
* Konservering av masse.<ref>Vestbøstad, Tone M. "A numerical study of wave-in-deck impact using a two-dimensional constrained interpolation profile method." (2009).</ref>
* Håndterer som regel bare todimensjonal strømning.<ref>A.E.P. Veldman og R.H.H. Huijsmans: Extreme wave impact on offshore platforms and coastal structures, Marin, 2008.</ref>

== Programvare ==
Eksempler på kommersielle [[Programvare|programvarer]] er COMFLOW, ANSYS FLUENT, FLOW-3D, ANSYS CFX, Star-CD, Star-CCM+, FIRE og COMSOL.

== Kontroll og verifikasjon ==
Computational fluid dynamics-analyser er kompliserte, og feil er ikke lette å oppdage. Der feil kan ha store konsekvenser blir resultatene normalt sammenliknet med [[Skalamodell|modellforsøk]], eller uavhengige analyser med et annet programverktøy utført av en annen enn den som gjorde de opprinnelige analysene.<ref>[[NORSOK]] N-001 om verifikasjon.</ref>

==Referanser==
<references/>
{{Autoritetsdata}}

[[Kategori:Bølger og strømninger]]
[[Kategori:Fluiddynamikk]]