در مراجع مختلف به منظور طراحی و تحلیل سامانه‌های کنترل دود آتریوم‌ها، معمولاً استفاده از معادلات و روابط جبری توصیه شده است. اما دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) یا شبیه‌سازی عددی ابزار بسیار قدرتمندتری بوده و نسبت به روابط جبری از توانایی‌های بسیار بیشتری برخوردار است. پیش از آنکه روش‌های شبیه‌سازی عددی در طراحی سامانه‌های کنترل دود مورد استفاده قرار گیرند، در صنایع هوانوردی، طراحی خودرو، طراحی بویلرها و تجهیزات صنعتی و پیش‌بینی آب و هوا به ایفای نقش می‌پرداختند. بر خلاف تحلیل‌های روابط جبری، یک شبیه‌سازی عددی ممکن است از چند ساعت، چند روز و یا حتی چند هفته، توان محاسباتی کامپیوترهای قدرتمند را درگیر خود کند و این در حالی است که طراحی سامانه کنترل دود نیاز به چندین شبیه‌سازی عددی مختلف دارد. نکته مهم دیگر موضوع دقت نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی است. در زمان استفاده از روش‌های عددی بایستی نتایج حاصله را مورد اعتبارسنجی و راستی‌آزمایی قرار داد. مهندسین و متخصصین حوزه شبیه‌سازی عددی (CFD) در شرکت ایمن طرح سیال، نتایج شبیه‌سازی‌های عددی را با چندین آزمایش حریق در ابعاد واقعی که با همکاری سازمان آتش‌نشانی انجام گردید، مورد بررسی و ارزیابی قرار دادند.
معمولاً متخصصین حوزه دینامیک سیالات محاسباتی شرکت ایمن طرح سیال به منظور مدلسازی حریق و دود از نرم‌افزار شبیه‌ساز دینامیک حریق (FDS) Fire Dynamics Simulator استفاده می‌کنند. این نرم‌افزار که توسط انسیتو ملی استاندارد و تکنولوژی ایالت متحده توسعه یافته است، در کنار تمام محدودیت‌هایی که دارد، مشهورترین نرم‌افزار مدلسازی حریق و دود در سطح بین‌المللی است. اما در کنار نرم‌افزار فوق متخصصین شرکت، برای برخی از پروژه‌ها بنا به دلایل مختلف از سایر نرم‌افزار‌های شبیه‌سازی، مانند انسیس فلوئنت Ansys Fluent، انسیس سی‌اف‌ایکس Ansys CFX و سیمولیشن سی‌اف‌دی Simulation CFD نیز بهره می‌برند.
ایده اصلی شبیه‌سازی عددی یا دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) تقسیم کردن فضا به تعداد زیادی سلول (حجم‌های کوچک) و حل کردن معادلات حاکم بر جریان، فشار و دما در کل فضا است. منظور از معادلات حاکم، معادله بقای جرم، معادله بقای انرژی، معادله بقای مومنتوم، معادلات تحلیل توربولانس، معادلات بقای انتقال آلاینده‌ها، معادلات تشعشع و سایر کمیت‌های فیزیکی است. باید توجه داشت که اغلب این معادلات، معادلات دیفرانسیل جزئی غیر خطی بوده و حل کردن این معادلات به حلگرهای عددی نیاز دارد و روش‌های تحلیلی در حال آنها ناتوان هستند. این حلگرها معمولاً با استفاده از زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالای کامپیوتری مانند فورترن نوشته می‌شوند و به منظور انجام حل به توان بالایی از محاسبات کامپیوتری نیاز دارند.
دینامیک سیالات محاسباتی توانایی بسیار بالایی در تحلیل آتریوم‌ها و ساختمان‌های بسیار پیچیده را دارا می‌باشد. دینامیک سیالات محاسباتی با وجود برخی از محدودیت‌ها بسیاری از چالش‌های استفاده از روش‌های تحلیلی و استفاده از روابط جبری را برطرف می‌کنند. اصلی‌ترین مزایای استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی عبارتند از:
- تحلیل جریان دود در آتریوم‌ها و فضاهای پیچیده
- تحلیل شرایط ایمنی افراد در فضاهای مختلف
با استفاده از معادلات جبری صرفاً می‌توان به تحلیل آتریوم‌های با هندسه ساده پرداخت و مبنای اصلی آن دور نگه داشتن دود ناشی از حریق از افراد است و این در حالیست که در تحلیل‌های دینامیک سیالات محاسباتی، ملاک محاسبات حفظ شرایط ایمنی برای افراد می‌باشد. منظور از حفظ شرایط ایمنی، ایجاد کردن محیطی امن برای افراد به واسطه محدود کردن غلظت محصولات احتراق پایین‌تر از سطح مجاز است که در آن مخاطراتی برای افراد در پی نخواهد داشت.
شبیه سازی عددی حریق و دود
باید در نظر داشت که خروجی نرمافزارها و کدهای شبیه‌سازی عددی بسیار زیاد بوده و تحلیل آنها نیازمند ابزاری مناسب است و با ابزارهای معمولی چندان قابل تحلیل نیستند. به عنوان مثال اگر نتایج خروجی از تحلیل‌های شبی‌سازی عددی یک آتریوم با ابعاد متوسط را بر روی کاغذ چاپ گردد و روی هم چیده شود، برای نگهداری آنها به چیزی بیش از یک اتاق کنفرانس نیاز داریم. از همین رو برخی از نرمافزارها به منظور تحلیل نتایج خروجی حلگرها یا اصطلاحاً (Post Processing) توسعه یافته‌اند. این نرمافزارها خروجی‌هایی که برای افراد به راحتی قابل درک هستند را فراهم می‌کنند. این خروجی‌ها معمولاً به صورت تصاویری هستند که با نگاه کردن به آنها می‌توان به درک دقیقی از شرایط دست یافت.
در کنار تمام موارد فوق باید در نظر داشت که مدلسازی دینامیک سیالات محاسباتی به سطح بالایی از مهارت و دانش نیاز دارد. نتایج شبیه‌سازی عددی باید با استفاده از روش‌های دقیق مورد ارزیابی و راستی‌آزمایی قرار گیرند. چرا که نتایج (CFD) در شرایط بد ممکن است نسبت به شرایط واقعی خطای قابل توجه و فاحشی را در پی داشته باشند. در آزمایشات حریقی که با هماهنگی سازمان آتش‌نشانی شهر تهران و متخصصین شرکت ایمن طرح سیال انجام شده است به مقایسه نتایج شبیه‌سازی‌های عددی و نتایج آزمایش‌های حریق در ابعاد واقعی پرداخته شده است. نتایج این مقایسه در مقالاتی در بیست و هفتمین کنفرانس بین‌المللی مکانیک و اولین همایش ملی آتش‌نشانی و ایمنی شهری توسط شاملو و همکاران ارائه شده است.