Virtauslaskenta aerodynaamisissa ja kevytrakenteissa

Aerodynaamiset sovellukset ovat haastavia verrattuna moniin teollisiin sovelluksiin, koska kitka eli rajakerrokset on ratkaistava tarkasti. Siksi käytämme kaupallisten CFD-koodien lisäksi omaa CFD-koodiamme, kun työssä vaaditaan huippuunsa vietyä tarkkuutta.

Verrattuna kaupallisiin koodeihin on helpompi luottaa oman kattavasti validoidun koodimme antamiin tuloksiin. Siihen on myös tarvittaessa helppo tehdä tapauskohtaisia muutoksia.

Lue lisää FINFLO^® ratkaisijasta

Joskus rakenteen muoto muuttuu virtauskentän tai lämpötilan vaikutuksesta. Me pystymme yhdistämään laskennassamme rakenne- ja virtauslaskentaa niin että ne vuorottelevat ja saavat toisiltaan tarvittavaa dataa.

Rakenteen ja virtauksen vuorovaikutusta voi muodostua, kun rakenne pääsee myötäilemään ympäröivää virtausta. Tällöin se pitää huomioida laskennassa.

Virtauskenttä voi vaikuttaa rakenteen muotoon, kun virtaavan aineen liikemäärä on riittävän suuri vaikuttamaan rakenteeseen: taustalla ovat korkeat virtausnopeudet suhteessa virtaavan aineen tiheyteen ja rakenne, joka voi myötäillä tästä muodostuvalla voimalla.

Myös lämpötilat muuttavat kappaleen muotoa helposti, ja joskus voi tulla tilanteita, joissa muuttunut muoto vaikuttaa taas lämpötilaan. Melko usein kytkentä on yksisuuntainen, jolloin muodonmuutos jää niin pieneksi, ettei sillä ole vaikutusta virtauksiin, mutta joskus muodonmuutoksella voi olla oleellinen vaikutus ympäröivään virtauskenttään.

Yksi esimerkki tapauksesta, jossa väliaineen ja rakenteen vuorovaikutusta on tarpeen huomioida suunnittelussa, on korkealla nopeudella toimiva paperikone: siinä ilmavirtauksen tuottama paine vaikuttaa paperin sijaintiin ja toisaalta paperin sijainti vaikuttaa ilmavirtaukseen.

Voimme simuloida sekä äänen kulkeutumista että muodostusta eri tavoilla. Melun muodostuminen on monissa laitteissa merkki heikommasta hyötysuhteesta.

Laitteesta tai prosessista muodostuva melu vaikuttaa huomattavasti ympäristöön. Melun muodostumiselle asetetaankin monin paikoin raja-arvoja, joita ei luonnollisesti saa ylittää. Monissa laitteissa melun muodostuminen kertoo heikommasta hyötysuhteesta. Siksi käy niin, että kun laitetta kehitetään energiankulutuksen vähentämiseksi, saadaan samalla alennettua syntyviä melutasoja.

Voimme simuloida melun muodostumista virtauslaskennan avulla esimerkiksi silloin, kun melu syntyy väliaineen turbulenssista. Tällöin rakennelaskenta auttaa selvittämään värähtelyistä syntyvää melua. Usein melu muodostuu näiden kahden yhteisvaikutuksesta, jossa turbulenttinen virtaus aikaansaa värähtelyä rakenteissa.

Melun matalataajuista etenemistä mallinnamme elementtimenetelmien (FEM) avulla rakenteissa tai väliaineessa. Korkeataajuisen äänen etenemisen mallintamiseen käytämme syntyneen äänienergian tilastollista mallinnusta (SEA).

Voimme kuvata ja mallintaa laitteiden ja prosessien toimintaa tilanteissa, joissa valmista ohjelmaa ei ole käytettävissä.

Vieläkin löytyy paljon erilaisia ilmiöitä, joiden kuvaamiseen ei ole olemassa tai ainakaan käsillä valmista ohjelmaa. Matemaattisella mallinnuksella ja ohjelmoinnilla on kuitenkin mahdollista kuvata mitä tahansa ilmiöitä, kunhan sen fysiikka on tunnettu. Koska laitteiden tai prosessien fysiikkaa voidaan yleensä mitata, voimme kehittää saatavien tulosten perusteella laskentamenetelmiä laitteen tai prosessin mallintamiseksi.

Pystymme muokkaamaan olemassa olevia malleja, soveltamaan empiirisiä aliohjelmia, tekemään käyttöliittymiä tai ohjelmoimaan täysin uusia ilmiöitä. Käytetyimmät työkalumme ovat C++, FORTRAN ja MATLAB.

Huolimatta simulointiohjelmien suuresta kattavuudesta, tulee usein vastaan tilanteita, jotka edellyttävät ohjelmien muokkaamista tai kokonaan uuden ohjelman kirjoittamista. Me voimme auttaa näissä.

Virtauslaskennan ohjelmistoja on mahdollista räätälöidä tarvittaessa hyvinkin paljon: helposti ei tule vastaan tilannetta, jota ei pystyttäisi simuloimaan. Esimerkkejä näistä ovat:

• kemialliset reaktiot
• palaminen ja päästöjen mallinnus eksoottisilla polttoaineilla
• veren virtaus ihmisessä hyvin monimutkaisine eri vaatimuksineen, kuten ei-newtoninen väliaine
• ajasta riippuvat paineet ja nopeudet
• rakenteen ja virtauksen vuorovaikutus ym. tai
• veden virtaus bentoniitissa, joka on periaatteessa vettä läpäisemätöntä savea – tämän laskenta vaatii ohjelman muokkauksen lisäksi kytkentää materiaalin käyttäytymistä simuloivaan rakennelaskentaan.

Voimme myös rakentaa erilaisia laskenta-algoritmeja, kun vaan prosessin tai laitteen fysiikka tunnetaan. Esimerkkinä pystymme tekemään mittausten ja niistä mahdollisesti saatavan suuren datamäärän perusteella laskentamalleja, joilla kuvataan tutkittua prosessia tai laitetta.