Najbardziej wiarygodny post-processing

Pracując w symulacjach często słyszę coś w stylu… no dobrze, potrafisz stworzyć te wszystkie kolorowe animacje, ale jak to się ma do rzeczywistości? Czy symulacje są dokładne? Moja odpowiedź prawie zawsze jest dość wymijająca, bo dokładność symulacji zależy przede wszystkim od jakości danych, do których mam dostęp. Jednak ogólnie rzecz biorąc odpowiedź brzmi – tak! Mądrze stworzone modele numeryczne dają zadziwiająco dobre wyniki. Mimo, że stosujemy pewne uproszczenia, świadomie przymykamy oko na pewne rzeczy to i tak finalnie potrafimy odwzorować rzeczywistość. Czasem nawet zdarza się tak, że to rzeczywistość daje nam namiastkę tego co widzimy w symulacjach. Taka rzecz miała miejsce w tym wideo z helikoptera. Natura nie przestaje zadziwiać 🙂 Dla porównania wrzuciłem wyniki z symulacji wykonanej w WAKE3D.

Niewątpliwą zaletą posiadania grupy na facebooku jest to, że zawsze dowiem się czegoś ciekawego. W kontekście tego konkretnego wpisu mogłem się dowiedzieć czegoś więcej na temat sposobu w jaki powstają takie wiry. Cytując Janka Muchowskiego – są to wiry końcówkowe/wierzchołkowe związane z powstawaniem siły nośnej na płacie o skończonym wydłużeniu, a przykładem takiego płata jest niewątpliwie łopata wirnika. Kiedy ciśnienie w wirze spadnie poniżej ciśnienia nasycenia pary wodnej w powietrzu możemy obserwować właśnie takie efektowne “wizualizacje” wirów.

Tańczące krople

Jest coś hipnotyzującego w sposobie w jaki krople wody odbijają się od płaskich powierzchni. Doskonale widać to na załączonym filmiku (źródło). Po odbiciu krople zdają się tańczyć i przybierać przeróżne kształty dzięki drobnym wyżłobieniom na hydrofobowej powierzchni. Przypomina mi to kadry z filmu Flubber, choć nie wiem czy ktoś go jeszcze pamięta…

Samo zachowanie kropli jest w rzeczy samej fascynujące, ale to z pewnością nie jedyny powód, dla którego przeprowadza się takie badania. Zachowanie drobin cieczy ma wpływ na wydajność wielu urządzeń. Można tu wymienić drukarki atramentowe, urządzenia chłodzące, w których dochodzi do skroplenia pary wodnej czy chociażby silnik spalinowy z bezpośrednim wtryskiem paliwa. Jednak przypadek powierzchni hydrofobowej jest dość szczególnym przypadkiem. Taka powierzchnia zdaje się z całych sił unikać kontaktu z cieczą (zachowanie wody na liściach lotosu jest idealnym przykładem tego zjawiska). Badania nad zachowaniem kropli odbitej od takiej powierzchni pozwalają nie tylko lepiej zrozumieć mechanikę płynów, ale także całe zjawisko hydrofobii. To z kolei przekłada się na opracowanie nowych technologii takich jak samoczyszczące się powierzchnie czy okulary, na których nigdy nie zbiera się para.
Na zakończenie tego krótkiego wpisu wrzucam zdjęcie porównujące eksperyment rzeczywisty z symulacją komputerową. Autorowi udało się odwzorować nawet najmniejszy szczegół w postaci pęcherzyka powietrza… czapki z głów! Tutaj jeszcze można zobaczyć pełne wideo.

droplet cfd

Aerodynamika Bugatti Chiron w XFlow

O XFlow pisałem już kiedyś, gdy opisywałem w jaki sposób można połączyć symulacje CFD i MBD. W dzisiejszym przykładzie program został użyty do sprawdzenia aerodynamiki Bugatti Chiron. Konkretniej, w czasie symulacji badana jest siła docisku dla poszczególnych położeń spojlera. Bezsiatkowa Metoda Lattice-Boltzmann sprawdza się w tym przypadku znakomicie ponieważ nie ma wymaga adaptacji siatki takiej jaką znamy chociażby z Metody Objętości Skończonych. Algorytm automatycznie wyznacza granicę domeny symulacji na podstawie geometrii CAD.
Jak przedstawia autor tej symulacji, przygotowanie analizy i uzyskanie wyników trwało około 30 minut. Niestety, nie ujawniono na ilu procesorach uruchomiona została symulacja. Niemniej, czas wymagany na stworzenie takiej symulacji przy użyciu metod wymagających siatki byłby o wiele dłuższy.

Symulacja wybuchu

Wyciek palnych gazów takich jak metan może prowadzić do wybuchu oraz ogromnych zniszczeń. Częstą przyczyną takich wycieków są uszkodzenia przestarzałych rur, w których znajduje się gaz. Oczywiście nie ma możliwości aby przewidzieć miejsce i czas takiego wycieku, ale można zabezpieczać się przed konsekwencjami wybuchu. Poniższa symulacja CFD pokazuje w jaki sposób dochodzi do wybuchu i na jak dużą powierzchnię ogień może się rozprzestrzenić. Jedynym sposobem na zmierzenie rzeczywistej temperatury byłoby przeprowadzenie eksperymentu i puszczenie wszystkiego z dymem. Na szczęście istnieją komputery, które są w stanie oszacować rozkład temperatury w każdym miejscu podczas wybuchu. Na bazie tego inżynierowie projektują orurowanie w taki sposób, żeby zminimalizować ryzyko rozszczelnienia.
W tym filmiku brakuje mi tylko lepszego sposobu renderowania. Filmik wygląda trochę jak stara gra komputerowa, a szkoda, bo ostatnie wersje ParaView potrafią zdziałać cuda!

Symulacje CFD, a przyszłość silników samochodowych

Kelly Senecal, współtwórca oprogramowania Converge CFD od jakiegoś czasu prowadzi kampanię internetową, w której walczy z przekonaniem, że samochody elektryczne są bardziej ‘eko’ od samochodów z napędem spalinowym. W jego opinii, ekologiczność silnika samochodowego zależy w dużej mierze od kontekstu w jakim rozpatrywany jest jego wpływ na środowisko. Co więcej, według Senecala, przyszłość silników należy do silników hybrydowych, a sposobem na osiągnięcie tego celu są obliczenia CFD.