A high performance computing approach to computational fluid dynamics problems

Abstract

Açık deniz şartlarının incelenmesi, günümüzde belli kabuller altında ve deney laboratuarlarında oluşturulan yapay ortamlarda gerçekleştirilmektedir. Bu tür deney düzenekleri oldukça maliyetli olmakla beraber, ölçek faktörü, tank duvarlarından yansıyan dalgalar gibi nedenlerden dolayı elde edilen sonuçların kötü yönde etkilendiği bilinmektedir. Bir sayısal dalga tankının tasarımı bu sorunların giderilmesi açısından önemli bir rol oynayacaktır. Günümüzdeki sayısal hesaplama tekniklerindeki gelişmeler ve gelişmiş yüksek başarımlı hesaplama platformları bu tür bir dalga tankının tasarımını mümkün hale getirmiştir. Karışık deniz koşullarını sağlayabilmek için farklı yönlerde ilerleyen, değişik karakterdeki dalgaların, aynı dalga tankı içinde üretilebilmesi gerekir. Bu tür dalgaları üreten 'snake tipi' dalga yapıcının tasarlanmış olan dalga tankına eklenmesi bu çalışmanın temel amacı olarak belirlenmiştir. Her zaman aralığında serbest yüzey konumlarını ve hız potansiyellerini güncellemek için Karışık Eulerian-Lagrangian Metodu (Mixed Eulerian-Lagrangian Method, MEL) kullanılmıştır. İhtiyaç duyulan zaman integrasyonları 4(5) Mertebe Runge Kutta- Fehlberg metodu ile gerçekleştirilmiştir. Fiziksel büyüklüklerin elde edileceği kaynak yoğunluklarının hesaplanmasında ise Tekilleştirilmiş Doğrudan Olamayan Sınır integral Metodu (Desingularized Boundary Integral Method, DBIEM) kullanılmıştır. Çalışmanın sonunda değişik açılar için üretilen dalgalar incelenmiş, 8=0° için snake tipi dalga yapıcı ile elde edilen sonuçlar daha önceki çalışmalarda 'piston tipi' dalga yapıcılar kullanılarak elde edilmiş olan sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Bu çalışmanın çok sayıda deniz koşulu için daha geniş deneme ve gerçekleme adımlarına ihtiyacı vardır. Anahtar Kelimeler : Sayısal dalga tankı, Sınır integral metodu, Snake tipi dalga Yapıcı, Çok yönlü dalgalar, Karışık deniz modellemesi

The open sea conditions are mostly observed in experimental laboratories under many assumptions, where actual conditions are simulated. Laboratory establishments are quite expensive, and it is known that the results may be unsatisfactory due to reasons like scale factor, or wave reflections from tank walls. The design of a numerical wave tank will play an important role to undertake the problems mentioned above. The recent developments in both numerical computation methods and high performance computing platforms make the designing of a numerical wave tank possible. To properly simulate open sea conditions, different multidirectional waves must be created in the same wave tank. The main goal of this study is to build a 'snake type' wave maker, which is capable of creating multidirectional waves, into a predesigned numerical wave tank. The Mixed Eulerian-Lagrangian Method (MEL) is used to update the velocity potentials and free surface elevations for each time step. The time integrations required are computed using 4(5)* order Runge Kutta-Fehlberg Method. The unknown physical variables had been derived from the source densities, which are determined by Indirect Desingularized Boundary Integral Method (DBIEM). As a result of this study, multidirectional waves for different propagating angles are investigated. The results form the previously conducted 'piston type' wave maker studies are compared with the results obtained by 'snake type' wave maker, producing waves propagating with an angle 9 = 0°. This study requires further extensive verification and validation steps for a wider range of sea conditions. Keywords : Numerical Wave Tank, Boundary Integral Method, Snake Type Wave Maker, Multidirectional Waves, Open Sea Modelling VI