約40年前のFluid Dynamicsコミュニティでは、グループは主に実験家と理論家に分かれていました。ただし、当時のCFDはまったく新しいものであり、高価なスーパーコンピューターで実行する必要があり、信頼できませんでした。理論家や実験家がせいぜいCFDの結果を割り引くのはよくあることですが、他の人はCFDの結果をまったく役に立たないものとして無視するかもしれません。実際、私の元博士課程顧問であるデイビッド・ホイットフィールド博士は、アーノルドエンジニアリング開発コンプレックス(AEDC)で空力実験とCFDを併用した初期の先駆者の1人でした。このリファレンスは、当時のCFDについての考え方をよく説明しています。
AEDCでは、風洞試験を補完するためにCFDが使用されましたが、Whitfield博士によると、1970年代初期にCFDを信じた人はあまりいませんでした。
「実際、1970年代初頭にAEDC内でCFDを促進するための努力により、ほとんどのマホガニーのドアから追い出された、または通過したと思われます。しかし、CFDを使用して、 16Tのテストセクション、およびAEDCフェローVKFのDr. John AdamsのCFDグループは、トンネルが実際にマッハ16ではなくマッハ12で実際に動作していることを説明したとき、CFDは新しい命を見出しました。
「「AEDCはテストデータの場所であり、CFDの場所はない」と一度言われました」と彼は説明しました。「私たちの目的は、トンネルを走る人たちがより良い仕事をできるようにすることでした。AEDCは単に「テストデータ」の場所であるとは思いません。むしろ、問題を解決し、物理的に理解する場所、これは、実験に焦点を合わせた人々と数値に焦点を当てた人々との間の相互協力によってより良く達成することができます。」
当時、一般的に設計者は新しいプロトタイプを設計し、それを風洞に送ってテストしますが、同時にいくつかのCFDが実行されることもありました。一般に、多くのプロトタイプが作成およびテストされ、非常にコストがかかります。私が働いていたそのような実験施設の1つでは、1日のテストに16,000ドルがかかりました。一方、OpenFoamやクラスターコンピューターなどの堅牢なオープンソースCFDコードの開発により、CFDシミュレーションは非常に安価です。
そのため、時間の経過とともにCFDが成熟し始め、クラスターコンピューターの普及により、安価に実行できるようになりました。AIAA Journalのようなジャーナルで公開されている実験による検証がますます増えているため、CFDモデルはますます信頼され始めています。今日、実験の実行コストはCFDシミュレーションの実行よりもはるかに高価です。そのため、初期設計段階でより多くのCFDシミュレーションが使用され、何度も繰り返し行われます。最近でも、設計プロセスでCFDベースの設計最適化(CDO)が使用されています。
最近では、風洞が主に次の理由で使用されていることを理解しています:(1)完成したプロトタイプのテスト、および(2)特により正確な数値モデルを開発するための超音速流の基礎研究の実施。
フローの類似性の達成に関して、レイノルズ数やマッハ数などの2つの異なる無次元数がある場合、実験者は一致させるのに最も重要な数を選択する必要があります。亜音速流ではレイノルズ数を使用する必要がありますが、遷音速流および超音速流ではマッハ数を使用する必要があります。
多くの場合、風洞でのモデルテストを使用して実際のプロトタイプのレイノルズ数と一致させることはできません。たとえば、レイノルズ数が2,000,000,000(参照)の747を考えます。これらのタイプのレイノルズ数に一致する風洞を作ることはほとんど不可能です。人々は、温度を下げ、低温で低密度ガスを使用することにより、レイノルズ数を増加させようとしました。たとえば、ヨーロッパの遷音速風洞(ETW)は世界最大の極低温風洞の1つであり、窒素を-196∘C。ただし、1メートルあたりの最大レイノルズ数は5,000万のみです。テストセクションの最大長が9メートルの場合、レイノルズ数の最大値は450,000,000になりますが、ボーイング747の半分以下です。レイノルズ数。スケーリングは、主に境界層の厚さに関係します。これは、皮膚の摩擦などの他の影響ももたらし、最終的には持ち上げてドラッグします。これらの問題を議論するために2003年にプリンストン大学で開催された特別会議がありました。その会議の結果はこの本でした:http : //link.springer.com/book/10.1007/978-94-007-0997-3