Para un ingeniero mecánico interesado en la dinámica de fluidos computacional en la escuela de posgrado, ¿cuál debería ser su enfoque paso a paso para ser excelente en esa área?

La excelencia en CFD requiere dominio en 3 áreas amplias,
1) Matemáticas
2) Física (mecánica de fluidos, termodinámica)
3) informática

He dado una lista de temas con los que uno debería sentirse cómodo para lograr el dominio de CFD.
1) Matemáticas
a) Álgebra lineal: cualquier simulación de CFD que intente construir requerirá una cantidad significativa de conocimiento en esta área.
b) Ecuaciones diferenciales: para comprender las ecuaciones de gobierno que está resolviendo y también predecir la naturaleza de las soluciones que obtendrá.
c) Métodos numéricos: la base de los cálculos de CFD
d) Números complejos: para mallado y transformación para coordenadas
e) Geometría computacional: para generar y engranar el cuerpo sobre el cual se debe simular el flujo
Temas opcionales (para dominio adicional)
e) Teoría de la probabilidad
f) Estadísticas

2) física
Se requiere un conocimiento adecuado del problema que está intentando simular. Además, debe poder formular un modelo físico del problema que está tratando de simular.
Por excelencia en física, uno necesita tener una buena idea y apreciación del proceso físico y la capacidad de modelar estos procesos.

Fuentes de Interés
a) Serie de Mecánica de Fluidos NSF
b) Los libros de John Anderson sobre aerodinámica, flujo compresible, etc.
c) Blog de Nicole Sharp sobre Fluid Dynamics Fuck Yeah Fluid Dynamics
d) La fuente más grande del mundo: tu naturaleza circundante inmediata 🙂
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Además, los textos históricos dan una idea del desarrollo en este campo,
Viaje a través de la turbulencia
Los experimentos de Langley en aerodinámica

Textos rigurosos sobre modelos matemáticos
a) Introducción a la dinámica de fluidos – GK Batchelor
b) Mecánica de fluidos – Landau y Lifshitz

Hay muchas fuentes excelentes para vivir en áreas secundarias específicas de la mecánica de fluidos.

3) informática

a) Buenas habilidades de programación con suficiente dominio sobre OOP, diseño de programas, etc.
b) Algoritmos
c) Programación paralela, computación GPU

Temas adicionales
a) Gráficos por computadora
b) Temas de ciencia de datos
c) Compiladores

Con suficiente conocimiento en los temas anteriores, será fácil para una persona alcanzar la excelencia en CFD

La respuesta dada por Vegnesh está bastante bien. Así que solo agrego algunos puntos pequeños en el conocimiento que necesita obtener en física y método numérico. Le recomiendo que estudie al menos un curso entre Mecánica de fluidos avanzada y Conducción de calor. Dependiendo del área en la que va a trabajar, necesita obtener un conocimiento más especializado mediante un autoestudio o asistiendo a clases en cursos como convección de calor, radiación, termodinámica avanzada, turbulencia, capa límite, nono y micro flujos, dos -Flujos de fase, flujos de reacción o combustión, aerodinámica, dinámica de gases o flujos comprimibles o flujos sónicos, transferencia de masa, plasma, bio-flujos, etc.
En aspectos computacionales, debo decir que debe tener un estudio serio en un método CFD adecuado. Ciertamente necesita aprender métodos de diferencia finita (FD) y volumen finito (FV). El método de elementos finitos (FE) podría ser útil, pero no es necesariamente necesario para las simulaciones de flujo de fluidos. Cabe señalar que CFD no se limita a los métodos tradicionales. (FD, FV y FE). Existen muchos métodos numéricos para modelar el flujo de fluidos y la transferencia de calor. En algunas físicas, es más eficiente e incluso a veces es necesario usar otro método. Para un problema específico, debe tener una buena idea de la física del problema para estar al tanto de los desafíos en el modelado. Para algunos físicos, debe buscar el mejor método numérico. Por ejemplo, los métodos tradicionales no pueden modelar nano flujos y se debe utilizar un método como la dinámica molecular, Montecarlo o …

Hay un viejo mantra en la comunidad de modelos: “Basura dentro … basura fuera”.

Literalmente significa que si su modelo tiene partes malas, sus resultados serán malos, pero en términos más generales puede interpretarse que significa que si no comprende todos los componentes de su modelo, no entenderá sus resultados.

Vegnesh Jayaraman ofrece una gran lista de fundamentos que ayudarán enormemente, pero solo quería enfatizar que, de hecho, debe dominar estas áreas y no solo conocer los temas. El dominio implica una comprensión profunda, lo que significa que puede explicar completamente cómo las piezas de su modelo trabajan juntas para crear una solución.

Caso en cuestión: a menudo veo personas que no entienden cómo plantear correctamente el problema que están resolviendo. Debe especificar sus condiciones de contorno de modo que sus ecuaciones de gobierno estén completamente satisfechas y de manera razonable esperar que exista una solución. Debido a la no linealidad de las ecuaciones de Navier-Stokes, también puede obtener múltiples soluciones o ninguna solución, por lo que debe tener mucho cuidado al configurar su problema. Fundamentalmente, la incapacidad de una persona para plantear el problema radica en la falta de comprensión de los componentes del modelo y cómo usarlos.

El modelado computacional comparte mucho con la carpintería fina. El carpintero debe tener un conjunto básico de habilidades, pero también debe ser experto en la selección de los componentes para ensamblar en un elemento funcional.

Obtenga una Cooperativa con una compañía que hace CFD y aprenda de sus ingenieros.
en su defecto, el Comité Nacional de Películas de Mecánica de Fluidos
mira esas dos listas de reproducción y deberías tener una mejor idea de a dónde ir.
obtener buenos resultados en ecuaciones diferenciales y ecuaciones diferenciales parciales, y métodos para descretizarlas para una solución numérica.
comience con PDE 1-D como la ecuación de onda, ecuación de calor, ecuación de transporte,
si tiene acceso, aprenda a usar ansys, hay muchos tutoriales en youtube, recomiendo Ansys ICEM para mallas y ansys CFX, sin embargo, intente aprender fluidez y CFX, no he usado suficiente fluidez para decir cuándo usar qué paquete .

busque en CFD de código abierto como la Caja de herramientas de dinámica de fluidos computacional de código abierto (CFD)

Buena suerte.

Tome muchos cursos en fluidos, transferencia de calor, transporte masivo, matemática de ingeniería y métodos numéricos. Verifique esto con su asesor para obtener su punto de vista. Mire los requisitos esperados del curso para CFD en sus escuelas de posgrado.

He respondido una pregunta similar anteriormente:

La respuesta de Roopesh Mathur a ¿Cómo debo aprender el software CFD en una semana?

Ver también: la respuesta de Roopesh Mathur a ¿Qué hace un ingeniero de CFD? ¿Tiene que ejecutar casos en Fluent o trabajar en el desarrollo de nuevos algoritmos?

Para ser más maduro en este campo, debes profundizar. Intente obtener más y más información sobre la dinámica de fluidos y relacionada con todos los equipos de laboratorio de mecánica de fluidos. su excelencia dependerá de su conocimiento y el conocimiento dependerá del estudio. Por lo tanto, estudie todos los equipos que estarían relacionados con el fluido.

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