CAREER: Fluid-Structure Interaction and High-Performance Computing for Wind Energy Applications

职业:风能应用的流固耦合和高性能计算

基本信息

  • 批准号:
    1055091
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.88万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-05-01 至 2017-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The rising costs and fluctuating prices of oil and natural gas, as well as their diminishing supplies, create the need for cheaper, sustainable alternative energy sources, such as wind. As a result, countries around the world are putting substantial effort into the development of wind energy technologies. The US Government established an ambitious goal of 25% electricity from wind by 2025, which may only be achieved with the help of leading-edge wind energy research, and which calls for transformative concepts and designs (e.g., floating offshore wind turbines) that must be created and analyzed with high-precision methods and tools. These include complex-geometry, 3D, time dependent, multi-physics predictive simulation methods and software that will play an increasingly important role as demand for wind energy grows. The project focuses on the development of a fully integrated fluid-structure interaction software framework for computation of real wind turbine designs in 3D and at full spatial scale. Isogeometric Analysis is adopted as the over-arching geometry modeling and simulation technology due to its favorable geometry modeling properties, and superior pre-degree-of-freedom accuracy for the analysis of fluids and structures. The latter characteristic has great benefits from the standpoint of efficient utilization of high performance computing (HPC) resources. The proposed computational framework is employed in the investigation of real-life, full-scale wind turbine designs. It is capable of addressing scientific and engineering challenges that are beyond the scope of the current simulation methods in the field. Ultimately, the methodology developed in this project is envisioned to become the ``gold standard" in wind turbine simulation.
石油和天然气的成本上升和价格波动,以及它们的供应减少,造成了对更便宜、可持续的替代能源的需求,如风能。因此,世界各国都在大力发展风能技术。美国政府制定了一个雄心勃勃的目标,即到2025年,25%的电力来自风能,这可能只有在领先的风能研究的帮助下才能实现,并且需要变革性的概念和设计(例如,浮式海上风力涡轮机),必须使用高精度的方法和工具进行创建和分析。其中包括复杂几何形状、3D、时间相关、多物理场预测模拟方法和软件,随着风能需求的增长,这些方法和软件将发挥越来越重要的作用。 该项目的重点是开发一个完全集成的流体-结构相互作用软件框架,用于计算三维和全空间尺度的真实的风力涡轮机设计。等几何分析(Isogeometric Analysis)以其良好的几何建模特性和上级的预自由度精度被用于流体和结构的分析,被用作过几何建模和仿真技术。从高效利用高性能计算(HPC)资源的观点来看,后一特性具有很大的益处。所提出的计算框架,在现实生活中,全尺寸的风力涡轮机设计的调查。它能够解决超出该领域当前模拟方法范围的科学和工程挑战。最终,该项目中开发的方法有望成为风力涡轮机模拟的"黄金标准”。

项目成果

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