Bilgisayar Hesaplamalı Akış Analiz Yazılımı
FAPeda; zamana bağlı ya da bağlı olmayan, sıkıştırılabilir ya da sıkıştırılamaz iç ve dış akış problemlerinin viskoziteli/viskozitesiz çözümleri için geliştirilmiş bir Bilgisayar Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (CFD) yazılımıdır. Uluslararası standart deney sonuçları ile doğrulaması yapılmış olan FAPeda, “implicit” özelliği ve paralel hesaplama yeteneği ile büyük ölçekteki akış problemlerini hızlı ve hassas bir şekilde çözebilmektedir. Hareketli sınır problemlerine yönelik olarak geliştirilmiş dinamik çözümağı deformasyon algoritmaları ile desteklenen “göreceli koordinatlarda Değişimli Lagrange Euler formulasyonu” sayesinde, akışkan yapı etkileşimi, çırpıntı analizi, harici yük ayrılması ve döner akışkan makineleri ile dönme ve yunuslama hareketi halindeki roket etrafındaki akış problemlerinin çözümlerinde başarılı bir şekilde kullanılmaktadır.
- Uzayda integral
- Dört yüzlü hacim merkezli sonlu hacimler yöntemi
- Zamanda integral
- Explicit : Runge-Kutta
- Implicit : Geriye doğru Euler
- Upwind
- Roe Akı farkları ayırma (Flux difference)
- Van – Leer vektörü ayırma (Flux splitting)
- Akı sınırlayıcılar (Flux limiters)
- Van – Albada
- Minmod
- Paralel Hesaplama
- Bölge ayrıştırma (Domain decomposition)
- MPI (Message Passing Interface)
- Çözüme göre dinamik çözümağı adaptasyonu
- Sıkıştırılamaz akış (Artificial compressibility)
- Preconditioning
- Üst üste binen çözümağı çözümü (overlap = overset = chimera)
- Türbülans
- Spalart Almaras
- Duvar fonksiyonu
- Yakında eklenecekler
- Hareketli Sınırlar Çözebilme
- ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) Formulasyonu
- Göreceli koordinatlar (Relative coordinate) Formulasyonu
- Geometrik korunum (Geometric conservation)
- Dinamik biçim değiştiren çözümağı
- Kayan çözümağı
- Entegre 6DOF uçuş mekaniği çözücüsü
- Dinamik üst üste binen ağ çözücü (Dynamic Overset)
- Bölgesel dinamik ağ kontrol – düzeltme ve yenileme (Dynamic deforming + remeshing + flux correction)
- İkili zaman entegrasyonu kullanarak hassas çözüm (dual time integration)
Şekil 1. Harici yük ayrılması problemi çözümağı ve Mach sayısı dağılımı
Şekil 2. Yolcu uçağı CFD analizi, paralel bölümlenmiş çözümağı ve Mach sayısı dağılımı
Avantajları
- Implicit özelliği sayesinde sürekli çözüme hızlı ulaşma (CFL = 200, 30 – 50 iterations)
- Çok sivri elemanlarla (açıklık oranı > 1/12000) ve az sayıda sınır tabaka elemanıyla çözüm yapabilme (türbülans için 9 katman)
- Süreklilik çözümlerine implicit çözüm sayesinde çok hızlı ulaşma (CFL = 200 ile 30 – 50 iterasyonda 3. mertebe hassasiyet)
- Hassasiyet (deney sonuçları ile uyumluluğu doğrulanmış)
- PC kümeleri üzerindeki paralel çözüm yeteneği sayesinde çok büyük çözüm ağlarında dahi düşük maliyetlerle kısa zamanda çözüm
- Paralel çözüm kabiliyeti ve verimliliği dünyanın en büyük grid sistemi olan TERAGRID’de başarı ile test edildi
- İsteğe göre düzenlenebilme
Şekil 3. ONERA “Lenticular Body” roket geometrisi CFD çözüm, düzensiz çözümağı (sol) ve gövde etrafındaki girdap dağılımı (sağ)
Şekil 4. ONERA “Lenticular Body” roket geometrisi CFD çözüm, yandan Iso Mach eğrileri (sol), üsten iso Mach eğrileri (sağ)
Bazı örnek uygulamalar
- Uçak etrafında akış (dönen kısımlar veya jet motoru dahil)
- Roket etrafındaki akış (dönme veya yunuslama hareketi dahil)
- Helikopter etrafındaki akış (dönen kısımlar dahil)
- Türbin içi akış (döner şekilde, uç açıklığı, kompresör etkileşimli)
- Kompresör içi akış
- Dinamik sönümleme katsayısı hesabı
- Araba etrafında akış
- Pompa içi akış
- Rüzgar Türbinleri
Şekil 5. İçten yanmalı motor CFD analizi
Şekil 6. Kanard, gövde ve kuyruk girdaplarının etkileşimini gösteren toplam basınç konturları ve düzensiz çözümağı. Çizimler CAEeda Post Process modülü kullanılarak yapılmıştır.
Yazılım doğrulama örnekleri