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.
石油和天然气价格的上涨和波动的价格及其供应减少,使需要更便宜,可持续的替代能源(例如风)。结果,世界各地都在为风能技术的发展付出了巨大的努力。到2025年,美国政府建立了一个雄心勃勃的目标,只有在领先的风能研究的帮助下才能实现25%的风能,并要求使用高精油方法和工具进行高级风力涡轮机的变革概念和设计(例如,浮动海上风力涡轮机)。其中包括复杂的几何,3D,依赖时间,多物理预测模拟方法和软件,随着风能的需求的增长,它们将起到越来越重要的作用。 该项目着重于开发完全集成的流体结构交互软件框架,用于计算3D和完整的空间尺度的真实风力涡轮机设计。由于其有利的几何建模属性,以及用于分析流体和结构的分析,因此采用了等几何分析作为其良好的几何形状建模特性和优越的自由学前准确性,因此采用了等级的几何建模和仿真技术。从高性能计算(HPC)资源的有效利用的角度来看,后一个特征具有很大的好处。所提出的计算框架用于研究现实生活中的全尺寸风力涡轮机设计。它能够解决超出现场模拟方法范围之外的科学和工程挑战。最终,设想在该项目中开发的方法成为风力涡轮机模拟中的``黄金标准''。

项目成果

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