Algunos de los campos de aplicación son:
- Aerodinámica de vehículos terrestres, aviones, entrada y salida de la atmósfera de vehículos
espaciales.
- Diseño de motores de combustión, calderas, turbomáquinas (bombas, ventiladores, compresores, turbinas, etc.)
- Refrigeración de equipos eléctricos y electrónicos.
- Equipos para procesos físicos y químicos: reactores, sedimentadores, mezcladores, intercambiadores, eyectores, etc.
- Desarrollo de sistemas de ventilación, calefacción y aire acondicionado.
- Predicción meteorológica.
- Influencia del viento sobre edificios, puentes, etc.
- Dispersión de contaminantes en la atmósfera, ríos y mares.
- Biomedicina: respiración y circulación de la sangre.
- Hidrología y oceanografía: corrientes en ríos, estuarios y océanos.
- Hidrodinámica de buques.
Estas ecuaciones son lo suficientemente complicadas como para que su solución analítica sólo sea posible en casos muy elementales. La utilización del ordenador para su resolución numérica es lo que ha dado origen a la dinámica de fluidos computacional o CFD. Incluso hoy día, la complejidad del cálculo y las limitaciones de los superordenadores más potentes, hacen que sea absurdo intentar utilizar las técnicas de CFD en los casos en los que otras técnicas han logrado resultados satisfactorios, como el cálculo de pérdidas de carga en tuberías y canales, golpe de ariete, diseño de sistemas oleohidráulicos y neumáticos, etc. También resultan impracticables para procesos muy extensos, como puede ser la simulación global de una planta química, una depuradora, o incluso un motor de explosión o una turbina de gas en su conjunto (sí se pueden estudiar por partes).
El mayor inconveniente del CFD consiste en que no siempre es posible llegar a obtener resultados suficientemente precisos, y la facilidad de cometer graves errores de bulto. Esto proviene de:
- La necesidad de simplificar el fenómeno a estudiar para que el hardware y software sea capaz de tratarlo. El resultado será más preciso cuanto más adecuadas hayan sido las hipótesis y simplificaciones realizadas.
- La limitación de los modelos existentes para la turbulencia, flujo bifásico, combustión, etc.
Considérese, por ejemplo, el flujo del aire alrededor de un coche. En teoría, con las ecuaciones de Navier-Stokes, se puede calcular la velocidad y la presión del aire en cualquier punto. Esto permite calcular la resistencia aerodinámica, la adherencia al suelo de los alerones o faldones delanteros, la adecuada colocación de las tomas de aire, etc. En la práctica, casi todos los flujos que interesan a científicos e ingenieros son turbulentos. Por ejemplo, los hoyos de las pelotas de golf hacen pasar la capa límite a turbulenta debido a que al desprenderse más tarde que la laminar, reducen el tamaño de la estela, disminuyendo el arrastre. Con esto se consigue lanzar la bola a más del doble de distancia empleando la misma fuerza.
Los pasos para simular el comportamiento de un fluido alrededor de un cuerpo son los siguientes:
- Se crea un modelo (bidimensional o tridimensional) del cuerpo en cuestión, el número de puntos que formen su geometría determinará la calidad del posterior análisis, si el cuerpo es extremadamente complejo (el fuselaje de un avión, la carrocería de un coche, etc.) será imposible determinarlos todos, dado que serán infinitos, es por esto que todos los resultados obtenidos con CFD deben ser estudiados posteriormente en un túnel de viento.
- Se delimita el contorno del cuerpo y del espacio que lo rodea, para generar un mallado por donde discurrirá el flujo. Este está formado por un número determinado de triángulos, el número de estos determinará la fiabilidad de la estimación.
- Se concreta la presión, velocidad y temperatura del flujo antes de impactar contra el cuerpo, además se especifica la rugosidad, resistencia y temperatura del segundo.
Una vez obtenidos estos resultados se obtendrán unas gráficas donde se especificará el aumento o disminución de la presión, temperatura y velocidad del flujo en cada punto del cuerpo. Además de esto se generará un modelo del flujo rodeando el cuerpo. El número de turbulencias que quedan definidas en este modelo son infinitas y auto-semejantes, siendo imposible determinarlas todas y por lo tanto despreciándolas y relegándolas a un pequeño aumento o disminución de temperatura.
Sin embargo, como ya se ha dicho antes, todos los modelos creados en CFD deben ser posteriormente estudiados en un túnel de viento, donde se analizarán y contrastarán los resultados obtenidos anteriormente. Esto se hace porque hay piezas que según el programa funcionan correctamente, pero en la práctica su comportamiento es desastroso, por no haber definido correctamente el mallado, o por haber despreciado demasiadas turbulencias.
Un claro ejemplo de que es necesario contrastar los datos obtenidos por el CFD sería el Virgin Racing VR-01, utilizado en la temporada 2010 del FIA Formula One World Champion y que acabó último en el mundial de constructores.
