New technology for advanced simulation of turbulent flow
- Reference number
- F06-0037
- Start and end dates
- 080301-140301
- Amount granted
- 8 500 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Computational Sciences and Applied Mathematics
Summary
I am an associate professor at KTH with a research group of 2 Ph.D. students and 1 Post-doc. I have more than 20 papers published in (or in review for) top scientific journals, of which 10 I am the single author. I have published 2 books, many refereed conference papers, and I am co-founder of an open source software project. I was awarded the Bill Morton Prize in 2001 and the Leslie Fox Prize in 2005, both prestigious international awards, and in 2005 I was selected for the Ingvar Carlsson Award by SSF as one of 12 outstanding young researchers in Sweden. My research on adaptive turbulence computation is considered world leading, for which I am invited to deliver a keynote lecture at the conference QLES2007. The main goal of this project is to develop general, reliable and efficient computational methods for turbulent flow problems of major scientific and industrial importance, defined with partners from Swedish industry. Preliminary results for turbulent incompressible flow will be extended to compressible flow and fluid-structure interaction. To assure dissemination of the computational technology, algorithms will be implemented in the open source software project FEniCS. A successful project will create an important research environment of the highest international standards at KTH, with high quality graduate training, which due to the strategic importance of the proposal and its close contact with Swedish industry will enhance the long-term competitiveness of Sweden.
Popular science description
Turbulent strömning är överallt närvarande I våra liv: från blodet som strömmar I våra kroppar och luften vi andas, till vårt mänskliga tal; alla är de fenomen baserade på turbulent strömning. Runt omkring oss upplever vi turbulent strömning genom den turbulenta atmosfären, luftkonditioneringen i våra hus och fordon, till bränsleförbrukningen hos våra bilar som bestäms av det turbulenta luftmotståndet. Turbulent strömning karakteriseras av strömning på en mängd olika skalor, vilket gör datorbaserad simulering enormt kostsamt på grund av den stora mängd frihetsgrader som krävs för att lösa upp det turbulenta strömningsfältet. Alternativa metoder som istället beskriver olika medelvärden av flödet har konstruerats, men samtliga metoder står inför det olösta problemet om hur man ska modellera de icke-upplösta skalorna i en så kallad turbulensmodell. Vi känner också väl igen de kaotiska egenskaperna hos turbulent strömning som leder till en begränsad möjlighet att göra nogranna prediktioner: även om man kan med viss nogrannhet bestämma bränsleförbrukningen för en bil så är det omöjligt att bestämma var en viss dammpartikel från vägbanan kommer att hamna på bakrutan, och även om vi med relativt god säkerhet kan förutsäga medeltemperaturen för september månad nästa år kan vi inte bestämma temperaturen den 10:e september med någon större nogrannhet. Den matematiska modellen för strömning har varit känd i mer än 200 år, men fortfarande är många av de grundläggande matematiska frågorna olösta. De matematiska problemen härör från dessa kaotiska egenskaper, där punktvis lokal information är obestämbar, och endast medelvärden är välbestämda. I detta projekt presenterar vi en ny metodik för turbulent strömning, där vi kringgår det traditionella turbulensmodelleringsproblemet. Metoden bigger på en ny matematisk bas där de grundläggande ekvationerna bara är uppfyllda I medelvärde, vilket leder till en teori för att studera medelvärden av strömningsfältet utan att behöva modellera icke-upplösta skalor. Preliminära resultat är mycket lovande, och I detta projekt planerar vi att vidarutveckla metoderna till mer generella strömningsmodeller, och tillämpa dessa på avancerade problem av stort vetenskapligt och industriellt intresse som vi definierar tillsammans med partners från svensk industri.