Ny teknologi för avancerad simulering av turbulent strömning
- Diarienummer
- F06-0037
- Start- och slutdatum
- 080301-140301
- Beviljat belopp
- 8 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Beräkningvetenskap och tillämpad matematik
Summary
Jag är docent vid KTH med en forskargrupp bestående av 2 doktorander och 1 postdoc. Jag har mer än 20 artiklar publicerade i (eller under granskning för) vetenskapliga tidsskrifter av högsta klass, varav jag är ensam författare till 10 av dessa. Jag har publicerat 2 böcker, en mängd konferensartiklar, och jag är en av grundarna till ett open source mjukvaruprojekt. Jag tilldelades de prestigefyllda internationella utmärkelserna Bill Morton Prize 2001 och Leslie Fox Prize 2005, och 2005 mottog jag från SSF som en av 12 framstående yngre forskare Ingvar Carlsson Award. Min forskning om adaptiva beräkningsmetoder för turbulent strömning anses världsledande, för vilken jag är inbjuden som huvudtalare på konferensen QLES2007. Huvudmålet med detta projekt är att utveckla generella, pålitliga och effektiva beräkningsmetoder för turbulenta strömningsproblem av stor vetenskaplig och industriell vikt, definierade tillsammans med partners från svensk industri. Preliminära resultat för turbulent inkompressibel strömning ska generaliseras till kompressibel strömning och fluid-struktur interaktion. För spridning av beräkningsteknologin implementeras algoritmerna i open source programvaran FEniCS. Ett lyckat projekt kommer att skapa en viktig forskningsmiljö av högsta internationella standard, med en forskarutbildning av hög kvalitet, vilken på grund av den strategiska vikten av projektet och det nära samarbetet med svensk industri kommer att öka Sveriges långsiktiga konkurrenskraft.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.