Lepsze silniki dzięki nowym technikom symulacji komputerowej

Lepsze silniki dzięki nowym technikom symulacji komputerowej

Naukowcy z Ohio State University (OSU) pracują nad udoskonaleniem oprogramowania do obliczeniowej mechaniki płynów, które inżynierowie wykorzystują do symulowania i testowania działania cieplnych maszyn przepływowych (turbomachinery).

„Świat wciąż potrzebuje czystszych, sprawniejszych i bardziej niezawodnych systemów elektroenergetycznych.” – stwierdził Ashok Krishnamurthy, dyrektor Ohio Supercomputer Center (OSC). „Dlatego tak istotne jest, by eksperci, jak dr Jen-Ping Chen z OSU, odkrywali innowacyjne sposoby udoskonalania narzędzi potrzebnych inżynierom do osiągnięcia celu.” – dodał.

Każdy element cieplnej maszyny przepływowej ma swoją unikalną charakterystykę, która utrudnia projektowanie i obsługę, jak bezwładność kompresora czy chłodzenie w turbinie wysokiego ciśnienia. Dzięki narzędziu do symulacji, które jest zoptymalizowane pod kątem efektywnego działania na potężnych, połączonych w klaster komputerach, projektanci zyskają lepszy wgląd w skomplikowaną mechanikę przepływu płynów. W efekcie pozwoli to zredukować testy, obniżyć ryzyko, przyspieszyć czas wprowadzania na rynek i obniżyć koszty.

Podczas gdy tradycyjne testy w tunelu aerodynamicznym są często najprostszym rozwiązaniem, łączą się one z wysokimi kosztami i ograniczeniami związanymi z umieszczeniem sond pomiarowych. Symulacje numeryczne wykorzystujące obliczeniową mechanikę płynów potwierdziły swoją przydatność jako alternatywy do tańszego badania przepływów bez ograniczeń związanych z umieszczaniem sond. Obecnie, precyzja symulacji uzależniona jest od precyzji modelu matematycznego, na którym jest oparta.

„Naszym celem jest stworzenie niezawodnej technologii przewidywania, która wspomoże proces projektowania elementów cieplnych maszyn przepływowych.” – stwierdził Chen. „Skuteczne połączenie symulacji obliczeniowej mechaniki płynów oraz eksperymentowania może doskonale poprawić zrozumienie zachowania cieczy w systemach turbin gazowych, umożliwiając tym samym inżynierom tworzenie bardziej zaawansowanych elementów silników.” – dodał.

Zespół Chena bada trzy obszary zainteresowania przemysłu: interakcji płyn-ciało stałe, aktywnego sterowania przepływem oraz chłodzenia turbiny. Udoskonalone symulacje numeryczne pozwolą inżynierom analizować skomplikowane pola przepływu oraz zjawiska aeroelastyczne, jak: wymuszona odpowiedź czy asynchroniczne wibracje.

(lk)