Seminar: CFD in de Bouw Visie over het toekomstgebruik van CFD Roy Campe Actiflow BV Berkel Enschot, 20 mei 2011
Agenda Achtergrond Actiflow Algemene visie SWOT analyse toegepast op het gebruik van CFD Twee toepassingsvoorbeelden waarbij het CFD proces efficiënter wordt gemaakt Conclusie Q&A 2 20 30
Actiflow is een ingenieursbureau met een studiedienst gespecialiseerd in het oplossen van stromingsvraagstukken Actiflow is in 2005 opgericht als spin off van de Technische Universiteit Delft Een team van 10 gekwalificeerde ingenieurs met een uitgebreide ervaring in productontwerp, aero- & hydrodynamica, CAE en systeem & regeltechniek. We beschikken over een eigen HPC rekencluster en een workshop waar prototypes gebouwd en getest kunnen worden. De klanten variëren van lokale ontwerp- en studiebureaus tot grote multinationals verspreid over Europa. 3 20 30
Visie: Welvaartsgroei is gebaseerd op toename van efficiëntie η in Materialen η in Productie η in Engineering Welvaartsgroei η in Overhead Duurzaam kader Welvaartsgroei moet aansluiten op de behoeften van het heden zonder het vermogen van toekomstige generaties om in hun eigen behoeften te voorzien in gevaar te brengen. Innovatie en concurrentie zijn drijvende factoren om de efficiëntie binnen organisaties te verhogen. 4 20 30
Op vlak van Engineering en Overhead kunnen de grootste efficiëntieslagen worden gemaakt Door de industriële automatisering uit het verleden, zijn de te behalen marges in de categorie van materialen en productie relatief klein. Het komende decennia zal de efficiëntieverhoging van de Engineering en Overhead sterk aan bod komen. In deze categorieën is er nog voldoende marge om grote efficiëntieslagen te behalen. η in Materialen η in Productie η in Engineering η in Overhead Welvaartsgroei Marge voor optimalisatie 5 20 30
Het gebruik van CFD zal in de toekomst ook onderhevig zijn aan een optimalisatieslag Het CFD proces is voornamelijk onderdeel van de categorie Engineering, en in kleine mate een onderdeel van de categorie Overhead. η in Materialen η in Productie η in Engineering η in Overhead CFD proces Om competitief te blijven, zullen alle handelingen van het CFD proces geanalyseerd moeten worden om na te gaan op welke vlakken er een efficiëntieslag kan gehaald worden. 6 20 30
Een SWOT analyse zal worden gebruikt om een strategie voor het toekomstgebruik van CFD te bepalen SWOT is een bedrijfskundig model uit jaren 60 en staat voor Strenghts, Weaknesses, Opportunities en Treaths. In gewoon Nederlands: sterktes, zwaktes, kansen en bedreigingen. Deze tool kan handvaten verschaffen om een efficiëntieslag te behalen in het gebruik van CFD. 7 20 30 2011 Wikipedia
SWOT analyse: De Sterktes van CFD gebruik CFD is gevalideerd voor een breed scala aan toepassingen. Met CFD kunnen nieuwe ontwerpen op een virtuele manier gevalideerd worden. Zekerheid dat een verandering zal werken (geen trial en error meer, marge voor overdimensionering kan kleiner). Met CFD kan men inzicht krijgen zonder dat er dure testen uitgevoerd moeten worden (men meet enkel wat men verwacht). In een vroeg ontwerp stadium kan men de nodige informatie verschaffen op vlak van veiligheid en comfort. Soms bestaat er geen mogelijkheid om goede metingen uit te voeren. 8 20 30
SWOT analyse: De Zwaktes van CFD gebruik Weinig goed opgeleiden beschikbaar (black box voor velen) Tijdsintensief/duur (wat is de concrete besparing?) Garbage in, is garbage out. Een goed rekengrid is noodzakelijk om een getrouwe simulatie te krijgen. Expertise is nodig om te bepalen welke details van belang zijn en welke niet. Instellingen van de solver hebben invloed op het simulatieresultaat. Een designer heeft geen directe feedback van een CFD som (CFD proces is omslachtig). Kennisintensief (de partieel differentiaal vergelijkingen worden via een iteratief proces opgelost). 9 20 30
SWOT analyse: De Kansen van CFD gebruik Drang naar kwaliteitsverbetering van het leven (meer comfort/hogere veiligheid/minder energieverbruik) Ontwikkeling vanuit de internet-community zorgt ervoor dat open source codes soms de commerciële pakketten overtreft OpenFOAM: all round NS solver FDS: Rook en vuursimulaties Deze open source pakketten zullen laagdrempelig hun ingang in bedrijven vinden Moore s law: computerkracht vergroot en wordt goedkoper Wetgeving zal voor strengere eisen zorgen ivm gezondheid (CO2, T, fijnstof, etc) De nieuwe lichting ingenieurs is opgeleid in een virtuele wereld 10 20 30
SWOT analyse: De Bedreigingen van CFD gebruik CFD = Color For Directors? Cash Flow Diagram? Car Free Day? Onbekendheid van de techniek, meerwaarde is voor velen nog onbekend Randvoorwaarden die toegepast worden in de berekeningsmethode zijn niet altijd met zekerheid te bepalen (gebouwtraagheid/verwarming van een radiator) Goedkope ingenieurs uit het Oosten Kwaliteitswaarborging is er niet, norm ontbreekt momenteel Procedure is moeilijk inzichtelijk te maken zodat controle op juistheid niet evident is (mesh checker?) Wantrouwen voor wat computers produceren, het ingenieursgevoel is er niet meer. Imago van CFD kan worden verziekt door onkundig gebruik 11 20 30
Doelgerichte automatisering biedt zich aan om het gebruik van CFD efficiënter te maken De strategie van Actiflow richt zich op doelgerichte automatisering. Momenteel worden 2 verschillende type software ontwikkeld: 1. Opstellen van een database met oplossingsvelden waarin toepasselijke configuraties reeds zijn doorgerekend. De oplossing bestaat dan uit het dichts bijzijnde berekening of uit de interpolatie van reeds berekende oplossingen Voorbeeld 1: Luchtkrachten op een paraplu 2. Bouwen van een toepassingsspecifiek invoerprogramma waarbij via scripting een rekengrid wordt opgebouwd en die deze vervolgens invoert in de CFD solver. Via een postprocessingscript wordt dan automatisch een report gegenereerd (LaTeX) Voorbeeld 2: Luchtkwaliteit in een werkhal waar gelast wordt 12 20 30
Het opbouwen van databases kan ervoor zorgen dat ingenieur efficiënter te werk kan gaan met CFD berekeningen CFD simulatie Raw data file Relevante data filtering Relevante informatie e.g. luchtkrachtenanalyse Database met oplossingsvelden Voor nieuwe case Nieuwe klant of analyse Voor reeds berekende case of gelijkaardige case Visualisatie, trends en vergelijking 13 20 30
Via een design tool kan een ontwerper sneller toegang verkrijgen tot de CFD resultaten Voor Senz Umbrellas is een softwarepakket ontworpen om hun ontwerp proces (Engineering) te versnellen en verbeteren. Met de tool kan de windbelasting op een directe manier voor elk onderdeel instantaan worden weergegeven. Koppeling met optimalisatieprogramma s is mogelijk. 14 20 30
Doelgerichte automatisering biedt zich aan om het gebruik van CFD efficiënter te maken De strategie van Actiflow richt zich op doelgerichte automatisering. Momenteel worden 2 verschillende type software ontwikkeld: 1. Opstellen van een database met oplossingsvelden waarin toepasselijke configuraties reeds zijn doorgerekend. De oplossing bestaat dan uit het dichts bijzijnde berekening of uit de interpolatie van reeds berekende oplossingen Voorbeeld 1: Luchtkrachten op een paraplu 2. Bouwen van een toepassingsspecifiek invoerprogramma waarbij via scripting een rekengrid wordt opgebouwd en die deze vervolgens invoert in de CFD solver. Via een postprocessingscript wordt dan automatisch een report gegenereerd (LaTeX) Voorbeeld 2: Luchtkwaliteit in een werkhal waar gelast wordt 15 20 30
Ook de luchtkwaliteit in werkhallen kan gemakkelijk inzichtelijk worden gemaakt via specifiek geautomatiseerde CFD tools Terugkomende simulaties kunnen door software tools geautomatiseerd worden. Dit kan goedkoop door gebruik te maken van open source software. De tools leiden tot verschillende voordelen: reductie van onnodige overcapaciteit met waarborging van luchtkwaliteit, overtuigt kopers, geringe belasting van de rekenafdeling, minder overhead, mogelijkheid van fouten wordt gereduceerd, kan dienen om verkopers op te leiden, goedkoop en betrouwbaar 16 20 30
Een rapport kan gestandaardiseerd tot stand worden gebracht zonder interactie van een CFD ingenieur De luchtkwaliteit in een werkhal kan door een gebruiker met beperkte vakkennis worden bepaald. Preprocessing, solving en post-processing verloopt geautomatiseerd. Overhead en capaciteit van de technische staff is tot een minimum herleid. 1 dag Solving Laagdrempelig invoerprogramma Standaard PDF rapport als output 17 20 30
Conclusie De toepassingsmogelijkheden en toegankelijkheid van CFD zullen toenemen. De regelgeving zal grote invloed hebben op de vraag naar CFD Op vlak van CFD-gebruik valt nog een grote optimalisatieslag te halen. Door de beschikbaarheid van goede OpenSource pakketten, groeien de mogelijkheden. Software tools kunnen zorgen voor doelgerichte automatisering en standaardisatie. Met nieuwe software ontwikkelingen kunnen de ingenieurs zich bezighouden met hun kerntaak, het interpreteren van CFD resultaten en het oplossen van de stromingsvraagstukken. 18 20 30
Q&A 19 20 30
Actiflow BV Zinkstraat 22 4823 AD Breda The Netherlands contact@actiflow.com www.actiflow.com Tel: +31 765 422 220