Přejít k obsahu


Software for incompressible fluid flow simulation based on isogeometric analysis

Citace:
BASTL, B., BRANDNER, M., EGERMAIER, J., MICHÁLKOVÁ, K., TURNEROVÁ, E., ŠTĚCH, S. Software for incompressible fluid flow simulation based on isogeometric analysis. 2016.
Druh: SOFTWARE
Jazyk publikace: eng
Anglický název: Software for incompressible fluid flow simulation based on isogeometric analysis
Rok vydání: 2016
Název zdroje: Západočeská univerzita v Plzni
Autoři: Doc. Ing. Bohumír Bastl Ph.D. , Doc. Ing. Marek Brandner Ph.D. , Ing. Jiří Egermaier Ph.D. , Ing. Kristýna Michálková , Ing. Eva Turnerová , Ing. Stanislav Štěch
Abstrakt CZ: Software implementuje numerické řešení Navierových-Stokesových rovnic ve 3D ve tvarově složitých oblastech pomocí metody tzv. isogeometrické analýzy. Tato metoda má mnoho rysů společných s metodou konečných prvků. Je založena na isoparametrickém přístupu, tj. pro popis geometrie a prostoru přípustných funkcí jsou použity stejné bázové funkce. Pro popis výpočetní oblasti (a tedy i reprezentaci řešení) se zde využívá B-spline/NURBS popisu objektů, standardně využívaného v geometrickém modelování a v mnoha CAD/CAM systémech. Software umožňuje popis výpočetní oblasti jedním, nebo více B-Spline/NURBS objekty a v závislosti na typu napojení jednotlivých B-spline/NURBS plátů (konformní vs. nekonformní výpočetní síť) je využito redukce příslušných stupňů volnosti nebo nespojité Galerkinovy metody pro propojení B-spline/NURBS plátů do jedné výpočetní oblasti. Kromě standardních Dirichletových a Neumannových okrajových podmínek software umožňuje definovat periodické okrajové podmínky na příslušné části výpočetní oblasti. Dále je možné definovat rotaci určité části výpočetní oblasti, např. rotaci oběžného kola uvnitř turbíny. Výstupem je vektorové pole rychlostí a tlakové pole, je možný export do VTK (Visualization ToolKit) s následným zobrazením výsledků ve volně šiřitelném programu ParaView. Software byl vyvinut v rámci projektu TA03011157 s názvem "Inovativní postupy pro zvyšování užitných vlastností vodních turbín s využitím tvarové optimalizace založené na moderních metodách geometrického modelování" a nasazen pro modelování proudění v Kaplanově a Francisově turbíně při tvarové optimalizaci těchto vodních turbín.
Abstrakt EN: Software implements numerical solving of Navier-Stokes equations in 3D in computational domains represented by complex shapes with the help of the so-called isogeometric analysis. This method has a lot features common with finite element method. It is based in an isoparametric approach, i.e., the same basis functions are used for the representation of geometry and also for the representation of the approximate solution. For representation of a computational domain, B-spline/NURBS objects are used, which are frequently used in geometric modelling and in many CAD/CAM systems. Software allows to represent the computational domain with one ore more B-spline/NURBS objects, the so-called single-patch or multi-patch domains, respectively. With respect to the quality of connection of B-spline/NURBS patches (conformal or non-conformal computational mesh), reduction of corresponding degrees of freedom or discontinuous Galerkin method is used for connecting B-spline/NURBS patches into one computational domain. Besides standard Dirichlet and Neumann boundary conditions, it is possible to define periodic boundary conditions on the corresponding part of the boundary. Further, it is possible to define rotation of a particular part of the computational domain, e.g. rotation of a runner wheel inside a water turbine. The output is a vector field of velocities and pressure field, the software also allows to export the solution to VTK (Visualization ToolKit) with the consequent visualization of results in free software ParaView. The software was developed in the context of the project TA03011157 "Innovative techniques for improving utility qualities of water turbines with the help of shape optimization based on modern methods of geometric modeling" and was used for fluid flow simulation in Kaplan and Francis turbines in shape optimisation of these turbines.
Klíčová slova

Zpět

Patička