Mô phỏng CFD (còn được gọi là Mô phỏng động lực học dòng chảy) là một nhánh của cơ học chất lưu (fluid mechanics) sử dụng phương pháp số và cấu trúc dữ liệu nhằm phân tích và giải quyết các bài toán liên quan đến chuyển động của chất lưu. Kết quả mô phỏng thu được giúp ta hiểu sâu về bản chất của dòng chảy và các tác động của nó tới quá trình khảo sát. Để thực hiện các mô phỏng CFD thì chúng ta có thể sử dụng các phần mềm mô phỏng thương mại (commercial code) như FLUENT, CFX của Ansys, STAR-CCM+ của Siemens, hay các phần mềm mã nguồn mở (open- source code) như OpenFOAM.
Vào những năm 1922, Lewis Fry Richardson (1881-1953) đã đặt nền móng đầu tiên cho CFD. Tuy nhiên, mãi đến năm 1967 thì những mô hình CFD 3 chiều (3D) đầu tiên cho mô phỏng cánh máy bay mới được công bố. Kể từ đó CFD được sử dụng rộng rãi trong các nghiên cứu của NASA và Boeing. Nền móng cơ bản của hầu hết các vấn đề CFD đó là phương trình Navier-Stokes vốn dùng để định nghĩa các dòng chảy đơn pha (khí hoặc lỏng, nhưng không đồng thời khí và lỏng). Từ nền móng đó, bằng việc giả sử đơn giản hóa các thành phần của phương trình Navier-Stokes ta có các phương trình khác như phương trình Euler, dòng Stokes, dòng Fanno, dòng Rayleigh, v.v. Hoặc ngược lại, bằng việc bổ sung các khái niệm như “nhiệt độ hạt” – năng lượng dao
động của hạt rắn (granular temperature – solids fluctuating energy) thì các hệ đa pha khí-rắn được giải gần giống như dòng liên tục.
Cho đến ngày nay, các vấn đề cơ bản của CFD nếu phân loại theo dạng mô hình toán học thì bao gồm:
- Các dòng chảy cơ bản và dòng chảy rối bên trong và ngoài vật thể - Dòng phản ứng đốt cháy
- Dòng nén được - Truyền nhiệt
- Dòng đa pha có hạt phân tán trong pha liên tục - Dòng đa pha liên tục và bề mặt phân riêng pha
- Tương tác qua lại giữa dòng chảy và vật thể chịu tác động - Dòng đa cấu tử
- Tương tác giữa động lực học dòng chảy và chuyển động phân tử hoặc từ trường
Hình 1.26 Mô hình căn bản trong mô phỏng CFD