Numerische Simulation ist ein Werkzeug, das es uns ermöglicht, eine Lösung für die Gleichungen zu erhalten, die das Verhalten realer physikalischer Phänomene regeln. Mit anderen Worten, sie ermöglichen es, den Zustand eines Systems entsprechend seinen Eingaben vorherzusagen. Die numerische Simulation ist besonders nützlich, wenn sie im technischen Bereich eingesetzt wird. Die meisten physikalischen Phänomene (z.B. Bewegung von Flüssigkeiten oder Verformungen in beladenen Feststoffen) werden mathematisch durch Gleichungssysteme in partiellen Ableitungen modelliert, die nicht analytisch gelöst werden können. Die analytische Lösung kann nur in sehr vereinfachten Versionen der ursprünglichen Gleichungen erreicht werden, was ihren Anwendungsbereich erheblich einschränkt. Aus diesem Grund erforderte die Konstruktion und Optimierung von Anlagen oder Prozessen im Engineering traditionell den Bau teurer experimenteller Prototypen.

Durch die Entwicklung von Computern und numerischen Methoden ist es möglich, den Zustand eines Systems nach den Gleichungen vorherzusagen, die es modellieren: Es ist möglich, das Feld der Geschwindigkeiten und Drücke in einem Fluid oder die Verformungen und Spannungen an jedem der Punkte eines Festkörpers im Detail vorherzusagen. Das Potenzial der numerischen Simulation hat dazu geführt, dass ihre Verwendung ist nicht nur auf die Analyse der physikalischen oder technischen Prozesse beschränkt, sondern auch wirtschaftlichen Phänomenen, biologische Studie, usw.

Unter den Beiträgen der numerischen Simulation in der Welt des Ingenieurwesens sind die folgenden hervorzuheben:

Kosten- und Zeitersparnis bei dem Designprozess. Es ist nicht mehr notwendig, teure Prototypen herzustellen, um zu beurteilen, wie das Design funktionieren wird; dies kann durch numerische Modellierung des Designs erreicht werden.

Optimierung von Prozessen und Designs. Durch Simulationen unter verschiedenen Betriebsbedingungen und/oder Geometrien ist es möglich, den optimalen Betriebspunkt zu finden.

Detaillierte Kenntnis des Prozesses. Im Gegensatz zu experimentellen Tests liefert die numerische Simulation vollständige Informationen über das Problem; numerische Ergebnisse erlauben es uns, den Wert jeder Variablen an jedem Punkt der Geometrie und für jeden Zeit zu kennen.

Erkennung von Fehlfunktionen. Mit Hilfe der numerischen Simulation ist es möglich, Systemstörungen (z.B. übermäßige Lastverluste, bevorzugte Wege in Reaktoren, bruchanfällige Bereiche....) zu erkennen. Die rasante Entwicklung von Technik und Wissenschaft ermöglicht die numerische Modellierung und Simulation von Prozessen aus Industrie und Wissenschaft. Dies hat die Schaffung oder Konsolidierung von Werkzeugen ermöglicht, die Prozesse optimieren, Kosten senken, die Produktqualität verbessern, neue Technologien entwickeln, die Sicherheit erhöhen, die Umweltbelastung reduzieren, usw. Bis vor wenigen Jahren war das R&D-Konzept an große Unternehmen der Branche gebunden, die es sich leisten konnten, in Versuchseinrichtungen oder Prototypen wie Windkanäle oder Labore zu investieren. Die numerische Simulation macht das R&D-Konzept allen Unternehmen zugänglich, die es wünschen, und analysiert Phänomene durch ihre mathematischen Verhaltensgleichungen anstelle von teuren Tests..