Jedną z gałęzi przemysłu szczególnie zainteresowaną symulacjami jest motoryzacja. Dziejąca się obecnie gwałtowna transformacja, zwłaszcza w kontekście jednostek napędowych; ze spalinowych na elektryczne, stwarza niszę dla innowacyjnych rozwiązań. W ten trend wpisuje się też Perun – motocykl elektryczny klasy Moto Student. Pojazd jest w całości projektowany i wykonywany przez członków Studenckiego Koła Aerodynamiki Pojazdów (SKAP) na Politechnice Warszawskiej przy wsparciu zasobów firmy Symkom i Narodowego Centrum Badań Jądrowych.

Perun to oryginalna maszyna, będąca wynikiem wizji młodego pokolenia polskich inżynierów. Nie powstał na desce kreślarskiej, a jego osiągi nie zostały ustalone post-factum, czyli w trakcie testów. Kształtowany jest przy użyciu narzędzi, które pozwalają stworzyć jego wirtualny odpowiednik. Numeryczna Mechanika Płynów (ang. Computational Fluid Dynamics), bo tak nazywa się stosowana metoda, jest już od lat wykorzystywana przy projektowaniu aerodynamiki pojazdów. Jej dokładność zależy w dużej mierze od mocy obliczeniowej wykorzystywanego do tego celu komputera. To, co wyróżnia ten projekt, to właśnie użycie olbrzymich mocy obliczeniowych Centrum Informatycznego Świerk, dzięki czemu udało się osiągnąć bardzo dużą dokładność symulacji.

Zabieg ten, nazywany dyskretyzacją przestrzeni, pozwala zastosować metody numeryczne do rozwiązania skomplikowanych równań opisujących przepływ. Im mniejsze elementy ma siatka, tym dokładniej jesteśmy w stanie przewidzieć, jak zachowa się przepływ. W idealnej sytuacji powinna być na tyle gęsta, żeby uchwycić nawet najmniejsze zawirowania, pojawiające się w przepływie.

Na Rys. 2. przedstawiono wizualizacje opływu motocykla uzyskane przy zastosowaniu różnych modeli turbulencji. Jednym ze sposobów prezentacji efektów obliczeń jest pokazanie obrysów struktur wirowych, dających pogląd na ich kształt i wielkość. Różnice wynikają z zastosowania metod różnej dokładności, zaczynając od najprostszej tj. RANS, przez SAS (Scale Adaptive Simulation – bardziej zaawansowana wersja RANS) aż do DDES – wyjaśnia mgr inż. Piotr Prusiński z Departamentu Badań Układów Złożonych NCBJ. RANS i SAS uruchomiono na siatce, składającej się z bagatela 31 milionów komórek. Mimo to SAS pozwala dostrzec dużo mniejsze struktury. Obliczenia metodą DDES wymagały stworzenia siatki obliczeniowej, spełniającej szereg dodatkowych kryteriów; jej wielkość liczyła 231 milionów komórek, co jest w praktyce inżynierskiej siatką bardzo dużą – podkreśla naukowiec. Symulacja, pokazująca oscylacje zachodzące w czasie 0,01 s upływu czasu eksperymentalnego, trwała około 15h z wykorzystaniem 1400 fizycznych rdzeni obliczeniowych CIŚ! Nawet na bardzo mocnej stacji roboczej symulacje te trwałyby kilka miesięcy. W prezentowanej symulacji możliwe było bardzo dokładne uwzględnienie subtelnych aspektów modelowania turbulencji.

Prezentowane symulacje są niezwykle kosztowne obliczeniowo, ale cechują się bardzo dobrym odwzorowaniem rzeczywistości. Aby je wykonać potrzebne są olbrzymie zasoby sprzętowe, dedykowane oprogramowanie oraz specjaliści, którzy wiedzą jak wykorzystać je w efektywny sposób. Są one wynikiem współpracy ekspertów z zakresu numerycznej mechaniki płynów oraz technologii komputerów dużej mocy. Prezentowane analizy były możliwe dzięki wykorzystaniu pakietu zaawansowanych narzędzi inżynierskich marki ANSYS dostarczonych przez firmę Symkom.

Prezentowana aplikacja to tylko wierzchołek góry lodowej wykorzystania metod CFD. Naukowcy i inżynierowie z Narodowego Centrum Badań Jądrowych przygotowali środowisko oraz stworzyli warsztat, w którym można projektować reaktory, rakiety, motocykle wyścigowe czy przedmioty codziennego użytku, wykorzystując najnowsze technologie symulacyjne. Warsztat, który do tej pory był w zasięgu największych firm, obecnie jest dostępny na wyciągnięcie ręki!

Źródło: Narodowe Centrum Badań Jądrowych