Computational Fluid Dynamics (CFD) simuleringer bruges stadigt oftere indenfor stort set alle ingeniørfag. Det kan blandt andet have stor værdi at kunne lave præcise beregninger af bølgelasterne fra store brydende bølger, når man designer konstruktioner til havs. Det er imidlertid særdeles udfordrende at beregne en fri overflade af for eksempel en brydende bølge på grund af overfladens komplicerede form og bevægelse.
Hør om CFD-simuleringer i DHI Tech Talk
I de sidste 2½ år har DHI-forsker Johan Rønby, DHI’s afdeling for Ports & Offshore Technology, arbejdet på nye, forbedrede computeralgoritmer til simulering af komplekse vandoverflader i projektet ”Breaking the Code of Breaking Waves”. Projektet blev gennemført i tæt samarbejde med lektor Henrik Bredmose fra DTU Vindenergi og professor Hrvoje Jasak fra Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, University of Zagreb.
Hør Johan Rønby forklare, hvordan DHI anvender CFD-simuleringer indenfor det marine område i DHI Tech Talk on CFD.
isoAdvector - en mere præcis, hurtigere og mere robust algoritme end hidtil
Foto: isoAdvector © The Royal Society Publishing
I en nyligt udgivet artikel i det videnskabelige tidsskrift Royal Society Open Science præsenterer forskerne den ny beregningsmetode, som de har døbt isoAdvector. Ved at gentænke den måde man repræsenterer overfladens bevægelse og ved brug af en række geometriske ”kneb”, har de opnået en algoritme, som er både mere præcis, hurtigere og mere robust end eksisterende metoder.
Johan Rønby siger, at ”En af de store fordele ved isoAdvector er metodens evne til at flytte vandoverflader hen over såkaldt ustrukturerede beregningsnet, hvor nettets celler ikke blot er pæne kuber, men kan have vidt forskellige former. Dette gør det ellers meget omstændelige arbejde med at konstruere beregningsnet omkring komplekse konstruktioner som f.eks. havvindmøllefundamenter eller bølgemaskiner meget hurtigere og lettere for CFD-ingeniøren. Resultatet er, at hele simuleringsprocessen kan gøres billigere og mere agil.
En simpel standardmetode til at teste nøjagtigheden af den udviklede algoritme er at lade en kugleformet dråbe flyde med og deformeres i et kendt, påtrykt strømningsmønster. Hvis strømningen efterfølgende vendes om, skal dråben gerne finde tilbage til sin oprindelige form og placering. Et eksempel på en såkaldt advektionstest på et ustruktureret beregningsnet er vist her
Frit tilgængelig for alle
Den nye algoritme er implementeret i open source CFD-koden, OpenFOAM, og er gjort tilgængelig som open source. Dette betyder, at alle frit kan downloade koden, bruge den, og ændre den efter behov. Det er forskernes håb, at den nye algoritme vil øge nøjagtigheden af ”computer-aided-engineering” indenfor de mange anvendelsesområder, hvor det er afgørende at kunne beregne en kompleks overflades udvikling præcist.
Projektstøtte
Projektet “Breaking the Code of Breaking Waves” er støttet af en Sapere Aude Research Talent bevilling fra Det Frie Forskningsråd samt DHI’s Resultatkontrakt med Styrelsen for Forskning og Innovation under Uddannelses- og Forskningsministeriet.