La fluidodinamica computazionale o CFD riguarda la soluzione numerica e lo studio di sistemi in cui avvengono flussi di fluidi, trasferimenti di calore ed altri fenomeni di trasporto ad essi associati o fenomeni differenti come le reazioni chimiche. Le analisi di questo tipo vengono condotte utilizzando delle simulazioni computazionali. Alcuni esempi di campi di applicazione della scienza del CFD sono:

• l'aerodinamica dei veicoli e dei velivoli
• l'idrodinamica degli impianti a turbina
• la combustione negli impianti generatori di energia
• il raffreddamento di circuiti elettronici
• lo studio delle reazioni chimiche
• le separazioni ed i mixing di varie specie
• la chimica e la reologia dei polimeri
• la distribuzione di inquinanti nell'aria e nelle acque
• lo studio del flusso di sangue all'interno del corpo

Inizialmente, le analisi computazionali non ebbero grande diffusione per via della complessità della loro conduzione, in seguito, negli anni '90, iniziarono a prendere piede dei software maggiormente user-friendly e pertanto le analisi CFD divennero sempre più diffuse. Tutto ciò, unito all'aumento della potenza dei mezzi di calcolo ed alla loro maggior diffusione, ha reso possibile una ulteriore diffusione di tale scienza.
I costi di investimento per le analisi CFD non sono bassi in quanto le licenze per i software sono molto costose ma tali analisi non necessitano di altri costi aggiuntivi e pertanto permettono di affrontare numerosissime analisi al variare dei singoli parametri a costo molto basso. Ci sono alcuni vantaggi unici nell'affrontare le analisi mediante tecniche CFD:

• riduzione sostanziale dei tempi e dei costi delle nuove progettazioni
• possibilità di condurre analisi su sistemi non analizzabili sperimentalmente (es. per sistemi molto grandi o per lo studio di alcuni scenari incidentali)
• ottenimento di infiniti risultati con precisione illimitata

Come lavora un codice CFD
I codici CFD sono strutturati attorno ad alcuni algoritmi numerici in grado di affrontare e risolvere problemi di fluidodinamica. I codici commerciali includono spesso delle interfacce grafiche abbastanza complete in grado di semplificare la messa a punto del modello da parte dell'analista CFD. Generalmente, un codice CFD può essere logicamente diviso in tre parti:

• pre-processor
• risolutore
• post-processor

Pre-processor
La pre-processazione consiste nell'introduzione dei dati del problema.
Generalmente, i passi da seguire nella pre-processazione sono i seguenti:

• definizione della geometria del problema (dominio computazionale)
• generazione della griglia (mesh) all'interno del dominio, al fine di ottenere tanti piccoli sub-domini (celle o volumi di controllo)
• selezione dei fenomeni fisici e chimici da modellare
• definizione delle proprietà dei fluidi presenti
• definizione delle boundary conditions

Risolutore
Esistono tre diverse tecniche di risoluzione numerica: elementi finiti, differenze finite e metodi spettrali. In generale, tutti questi metodi permettono di ottenere una soluzione approssimata mediante l'utilizzo di funzioni semplici per approssimare le più complesse funzioni che descrivono i moti dei fluidi. Inoltre, un'altra fonte di approssimazione è legata alla discretizzazione del problema, ossia all'approssimazione del dominio con tante celle di dimensioni piccole.
La differenza tra i tre metodi di calcolo è legata proprio al metodo di approssimazione delle funzioni che descrivono i fluidi ed alla geometria del dominio.
Il metodo agli elementi finiti usa semplici funzioni polinomiali pesate per descrivere le variazioni locali di una grandezza. Negli algoritmi di calcolo utilizzati è sempre presente un residuo la cui entità viene generalmente fissata dall'operatore in base alla precisione di calcolo che si vuole ottenere.
Il metodo alle differenze finite descrive il flusso di un fluido come se fosse la media di tantissimi valori calcolati ai nodi della griglia di calcolo. In genere, viene utilizzato l'algoritmo di espansione in serie di Taylor per calcolare i rapporti incrementali ai singoli nodi della griglia.
I metodi spettrali approssimano la funzione incognita utilizzando delle serie di Fourier o delle polinomiali di Chebyshev. Al contrario dei metodi descritti in precedenza, questo approccio è valido su tutto il dominio preso in esame.

Post-processor
Questa sezione del software è aggiuntiva in quanto non riguarda l'analisi vera e propria ma solo la rappresentazione dei risultati ottenuti. La post-processazione è quindi la visualizzazione dei risultati mediante:

• visualizzazione della griglia
• visualizzazione delle grandezze sotto forma di vettori
• contour plots riempiti o a linee
• visualizzazioni di superfici
• tracciamento di particelle

La possibilità di post-processare i risultati ottenuti è sicuramente uno dei maggiori vantaggi delle analisi CFD e rispetto alle analisi empiriche, dalle quali si ottengono correlazioni numeriche e grafici, permette di visualizzare in maniera chiara i risultati e di interpretarli senza ricorrere a calcoli o formule aggiuntivi.