CFD（Computational Fluid Dynamics）即计算流体力学，是一种通过数值模拟来研究和解析流体动力学行为的科学和工程领域。它是数值计算方法在流体力学中的应用，用于模拟和预测流体流动、传热和传质等物理现象。
在CFD领域，流体被分解为有限体积的小区域，并通过数值代数方法和特定的物理方程来描述流体在各个区域内的运动。这些物理方程包括连续性方程、动量方程、能量方程和物质平衡方程等。通过数值计算，可以获得流体场的各种参数，如速度、温度、压力等，从而实现对流体流动行为的预测和分析。
CFD方法在各个工程领域有着广泛的应用。例如，航空航天工程中可以使用CFD方法来模拟飞机在空气中的飞行状态，以优化设计和改进气动性能；汽车工程中可以通过CFD来研究流体在车辆周围的流动行为，以减小气动阻力和提高燃油效率；能源领域可以用CFD来模拟火电厂中的烟气流动，以改进燃烧效率和减少污染物的排放等。
CFD的数值模拟过程主要包括几个要素：
1. 流体的离散化：将流体领域划分为有限的体积，并在每个小区域内定义流体的基本属性。这个过程称为网格生成，可以采用结构化网格或非结构化网格，具体选择取决于流体问题的特点。
2. 数值方法：选择适当的数值方法来离散化和求解物理方程。常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和有限体积法等。
3. 边界条件：在模拟中需要设置合适的边界条件，来模拟流体与固体或流体与流体之间的相互作用。边界条件可以包括流体的入口、出口条件，以及壁面条件和对流边界条件等。
4. 物理模型：选择合适的物理模型来描述流体问题的特性。常用的物理模型包括静力学模型、湍流模型和多相流模型等。对于一些特殊的问题，还需要考虑非牛顿流体、可压缩流和化学反应等复杂的物理场景。
举例来说，假设我们想研究一个汽车在风中行驶时的气动性能。首先，我们需要将汽车和周围的空气领域离散化为有限体积的小区域。然后，选择适当的数值方法，如有限体积法，来离散化和求解动量方程和连续性方程。在求解过程中，我们需要设定汽车表面的壁面条件和流场的入口和出口条件。在模拟过程中，我们可以观察到流体在汽车周围的流动行为，如湍流的产生和分离区域的形成。通过对流动参数的分析，我们可以评估汽车的气动性能，如阻力系数和升力系数，并提出改进措施。
CFD是一种通过数值模拟和解析方法来研究和预测流体动力学行为的科学和工程领域。它可以广泛应用于各种工程问题的分析和优化中，为工程师和科研人员提供了一种有效的工具。