Believability in simplifications of large scale physically based simulation

2013 ◽  
Author(s):  
Donghui Han ◽  
Shu-wei Hsu ◽  
Ann McNamara ◽  
John Keyser
Keyword(s):  
Large Scale ◽  
Physically Based Simulation ◽  
Physically Based

scholarly journals Development of a physically-based simulation and diagnosis methodology for supercharging systems and its application on large scale marine diesel engines

2017 ◽  
Author(s):  
Νικόλαος Σακελλαρίδης
Keyword(s):  
Diesel Engines ◽  
Large Scale ◽  
Physically Based Simulation ◽  
Physically Based ◽  
Marine Diesel

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται η ανάπτυξη μιας νέας μεθοδολογίας προσομοίωσης Υπερπληρωτή και χρήση αυτής σε εφαρμογές προσομοίωσης και διάγνωσης κινητήρων Ντίζελ μεγάλου μεγέθους. Η μεθοδολογία στηρίζεται στην χρήση μοντέλων μέσης γραμμής για την προσομοίωση στροβίλου και συμπιεστή του ζεύγους υπερπλήρωσης.Στο Κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται αρχικά ο σκοπός της παρούσας εργασίας, και στη συνέχεια γίνεται σύντομη εισαγωγή στους εμβολοφόρους κινητήρες εσωτερικής καύσης, τις κατηγορίες αυτών με έμφαση στις εφαρμογές κινητήρων μεγάλου μεγέθους.Στο Κεφάλαιο 2 γίνεται παρουσίαση του συστήματος προσαγωγής αέρα εμβολοφόρων Μ.Ε.Κ. Ιδιαίτερη βαρύτητα δίνεται στην στροβιλοϋπερπλήρωση και στις εφαρμογές αυτής στον τομέα των κινητήρων Ντίζελ μεγάλου μεγέθους. Το Κεφάλαιο 3 περιλαμβάνει σύνοψη της βιβλιογραφίας στο αντικείμενο της προσομοίωσης υπερπληρωτή. Μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα υπαρχουσών μεθοδολογιών καταγράφονται και συγκρίνονται. Τέλος, παρουσιάζεται η νέα προτεινόμενη μεθοδολογία προσομοίωσης υπερπληρωτή και τεκμηριώνονται τα πλεονεκτήματα αυτής σε σχέση με τις υπάρχουσες μεθοδολογίες με βάση τα ευρήματα της βιβλιογραφικής ανασκόπησης.Τα αναπτυχθέντα μοντέλα για προσομοίωση ακτινικού συμπιεστή καθώς και δύο μοντέλα στροβίλου (ακτινικού/ μικτής ροής καθώς και αξονικού) παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο 4. Περιγράφονται τα απαραίτητα δεδομένα εισόδου ενώ γίνεται αναφορά και στις σταθερές βαθμονόμησης που χρησιμοποιούνται. Μία πρώτη επαλήθευση που παρουσιάζεται στο κεφάλαιο αυτό είναι η επιτυχής εξέταση του κατά πόσον αυτά τα μοντέλα μπορούν να αναπαράγουν τους πειραματικούς χάρτες στροβίλων και συμπιεστών. Στο Κεφάλαιο 5 εκτίθεται η διαδικασία βαθμονόμησης και ενσωμάτωσης των μοντέλων σε προσομοιωτή κινητήρα αντικαθιστώντας την υπάρχουσα μεθοδολογία της χρήσης πειραματικών χαρτών. Τα μοντέλα ενσωματώνονται σε δύο τέτοιους προσομοιωτές, ένας εκ των οποίων αποτελεί ερευνητικό εργαλείο το οποίο έχει αναπτυχθεί στο εργαστήριο ΜΕΚ για την πρόβλεψη λειτουργικών παραμέτρων και εκπεμπόμενων ρύπων από Ντηζελοκινητήρες. Ο δεύτερος προσομοιωτής αποτελεί εμπορικό λογισμικό προσομοίωσης κινητήρων όλων των τύπων, και χρησιμοποιείται από κατασκευαστές κινητήρων/ αυτοκινητοβιομηχανίες καθώς και ερευνητικά ιδρύματα, ο οποίος διαθέτει την δυνατότητα ενσωμάτωσης κώδικα χρήστη (user code). Παρουσιάζεται η μεθοδολογία εξαγωγής στοιχείων βαθμονόμησης για τα μοντέλα του συμπιεστή και του στροβίλου από διαθέσιμες πειραματικές μετρήσεις (Shop test και NOx file του υπό εξέταση κινητήρα).Στο κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται πρακτικές εφαρμογές της αναπτυχθείσας μεθοδολογίας προσομοίωσης στη μοντελοποίησης υπερπληρωμένων κινητήρων Ντίζελ μεγάλου μεγέθους. Πιο συγκεκριμένα παρουσιάζεται η πρώτη εφαρμογή και επαλήθευση της μεθοδολογίας, κατά την οποία αποτελέσματα του προσομοιωτή συγκρίνονται με πειραματικές μετρήσεις.Στην συνέχεια εξετάζεται η προβλεπτική ικανότητα των μοντέλων συμπιεστή και στροβίλου έξω από την περιοχή βαθμονόμησης αυτών, μέσω τις προσομοίωσης λειτουργίας του κινητήρα σε κατάστασης αποκοπής ζεύγους υπερπληρωτή (αποκοπή ενός από τα ζεύγη υπερπλήρωσης τα οποία λειτουργούν εν παραλλήλω) Τέλος, η ικανότητα του μοντέλου προσομοίωσης να υπολογίζει τις χαρακτηριστικές του στροβίλου με βάση γεωμετρικά χαρακτηριστικά, χρησιμοποιείται με σκοπό την βελτιστοποίηση συστήματος σύνθετης στροβιλοϋπερπλήρωσης μεγάλου 2-χ Ντηζελοκινητήρα, το οποίο περιλαμβάνει και προσδιορισμό διαστάσεων του στροβίλου ισχύος ο οποίος βελτιστοποιεί την απόδοση του συστήματος.Το Κεφάλαιο 7 περιλαμβάνει εφαρμογές της αναπτυχθείσας μεθοδολογίας στον τομέα της Διαγνωστικής. Αρχικά εξετάζεται η επίδραση της μεταβολής των ατμοσφαιρικών συνθηκών στην λειτουργία του κινητήρα και στην συνέχεια γίνεται προσομοίωση της επίδρασης στον κινητήρα από την υποβάθμιση των υποσυστημάτων προσαγωγής/ απαγωγής αέρα. Επίσης διερευνάται η επίδραση στον κινητήρα της αύξησης του ακτινικού διακένου μεταξύ κινητής πτερύγωσης και κελύφους του στροβίλου, καθώς και η επίδραση επικαθήσεων στις πτερυγώσεις του στροβίλου. Τέλος, προτείνεται νέα μεθοδολογία επιτήρησης και διάγνωσης για εφαρμογές μεγάλων ναυτικών κινητήρων Ντίζελ βασισμένης εξολοκλήρου στα αναπτυχθέντα μοντέλα συμπιεστή και στροβίλου, με κύριο σκοπό την εκτίμηση της ροής αέρα προς τον κινητήρα και την κατάσταση της επιφάνειας ροής του στροβίλου, καθώς και εκτίμηση του κατά πόσον το σημείο λειτουργίας του συμπιεστή έχει μετατοπιστεί προς τη γραμμή πάλμωσης (ασταθούς λειτουργίας του συμπιεστή). Η μέθοδος εφαρμόζεται για 2 περιπτώσεις για τις οποίες διατίθενται πειραματικά δεδομένα, μία εκ των οποίων περιλαμβάνει και μετρήσεις σε κατάσταση αποκοπής υπερπληρωτή.Στο κεφάλαιο 8 τέλος συνοψίζονται τα συμπεράσματα της εργασίας, τα στοιχεία πρωτοτυπίας καθώς και κατευθύνσεις μελλοντικής έρευνας στο αντικείμενο της διατριβής.

scholarly journals Seasonal Forecasts of the Twentieth Century

2020 ◽  
Vol 101 (8) ◽  
pp. E1413-E1426 ◽  
Author(s):  
Antje Weisheimer ◽  
Daniel J. Befort ◽  
Dave MacLeod ◽  
Tim Palmer ◽  
Chris O’Reilly ◽  
...  
Keyword(s):  
Twentieth Century ◽  
Large Scale ◽  
Seasonal Forecast ◽  
Forecast Skill ◽  
Seasonal Forecasts ◽  
Climate Anomalies ◽  
Global Circulation Models ◽  
Skill Scores ◽  
Physically Based ◽  
Forecast Models

Abstract Forecasts of seasonal climate anomalies using physically based global circulation models are routinely made at operational meteorological centers around the world. A crucial component of any seasonal forecast system is the set of retrospective forecasts, or hindcasts, from past years that are used to estimate skill and to calibrate the forecasts. Hindcasts are usually produced over a period of around 20–30 years. However, recent studies have demonstrated that seasonal forecast skill can undergo pronounced multidecadal variations. These results imply that relatively short hindcasts are not adequate for reliably testing seasonal forecasts and that small hindcast sample sizes can potentially lead to skill estimates that are not robust. Here we present new and unprecedented 110-year-long coupled hindcasts of the next season over the period 1901–2010. Their performance for the recent period is in good agreement with those of operational forecast models. While skill for ENSO is very high during recent decades, it is markedly reduced during the 1930s–1950s. Skill at the beginning of the twentieth century is, however, as high as for recent high-skill periods. Consistent with findings in atmosphere-only hindcasts, a midcentury drop in forecast skill is found for a range of atmospheric fields, including large-scale indices such as the NAO and the PNA patterns. As with ENSO, skill scores for these indices recover in the early twentieth century, suggesting that the midcentury drop in skill is not due to a lack of good observational data. A public dissemination platform for our hindcast data is available, and we invite the scientific community to explore them.

scholarly journals Results from the implementation of the elastic viscous plastic sea ice rheology in HadCM3

2006 ◽  
Vol 3 (4) ◽  
pp. 777-803
Author(s):  
W. Connolley ◽  
A. Keen ◽  
A. McLaren
Keyword(s):  
Sea Ice ◽  
Large Scale ◽  
Climate Model ◽  
Ice Dynamics ◽  
Sea Ice Dynamics ◽  
Future Improvement ◽  
Physically Based ◽  
Solid Foundation ◽  
Hadley Centre ◽  
Better Than

Abstract. We present results of an implementation of the Elastic Viscous Plastic (EVP) sea ice dynamics scheme into the Hadley Centre coupled ocean-atmosphere climate model HadCM3. Although the large-scale simulation of sea ice in HadCM3 is quite good with this model, the lack of a full dynamical model leads to errors in the detailed representation of sea ice and limits our confidence in its future predictions. We find that introducing the EVP scheme results in a worse initial simulation of the sea ice. This paper documents various improvements made to improve the simulation, resulting in a sea ice simulation that is better than the original HadCM3 scheme overall. Importantly, it is more physically based and provides a more solid foundation for future improvement. We then consider the interannual variability of the sea ice in the new model and demonstrate improvements over the HadCM3 simulation.

Multiscale Simulations of Domains in Ferroelectrics

Domain Walls ◽  
2020 ◽  
pp. 311-339
Author(s):  
S. Liu ◽  
I. Grinberg ◽  
A. M. Rappe
Keyword(s):  
Density Functional ◽  
Large Scale ◽  
Mean Field Theory ◽  
Mean Field ◽  
Md Simulations ◽  
Relaxor Ferroelectrics ◽  
Ferroelectric Materials ◽  
Multiscale Simulations ◽  
Challenges And Opportunities ◽  
Physically Based

This chapter focuses on recent studies of ferroelectrics, where large-scale molecular dynamics (MD) simulations using first-principles-based force fields played a central role in revealing important physics inaccessible to direct density functional theory (DFT) calculations but critical for developing physically-based free energy functional for coarse-grained phase-field-type simulations. After reviewing typical atomistic potentials of ferroelectrics for MD simulations, the chapter describes a progressive theoretical framework that combines DFT, MD, and a mean-field theory. It then focuses on relaxor ferroelectrics. By examining the spatial and temporal polarization correlations in prototypical relaxor ferroelectrics with million-atom MD simulations and novel analysis techniques, this chapter shows that the widely accepted model of polar nanoregions embedded in a non-polar matrix is incorrect for Pb-based relaxors. Rather, the unusual properties of theses relaxor ferroelectrics stem from the presence of a multi-domain state with extremely small domain sizes (2–10 nanometers), giving rise to a greater flexibility for polarization rotations and the ultrahigh dielectric and piezoelectric responses. Finally, this chapter discusses the challenges and opportunities for multiscale simulations of ferroelectric materials.

scholarly journals Usage of SIMWE model to model urban overland flood: a case study in Oslo

2020 ◽  
Vol 51 (2) ◽  
pp. 366-380 ◽  
Author(s):  
Hong Li ◽  
Hongkai Gao ◽  
Yanlai Zhou ◽  
Chong-Yu Xu ◽  
Rengifo Z. Ortega M. ◽  
...  
Keyword(s):  
Spatial Resolution ◽  
Water Depth ◽  
Large Scale ◽  
Overland Flow ◽  
Depth Maps ◽  
Physically Based ◽  
Spatially Distributed ◽  
Overland Flow Model

Abstract There has been a surge of interest in the field of urban flooding in recent years. However, current stormwater management models are often too complex to apply on a large scale. To fill this gap, we use a physically based and spatially distributed overland flow model, SIMulated Water Erosion (SIMWE). The SIMWE model requires only rainfall intensity, terrain, infiltration, and surface roughness as input. The SIMWE model has great potential for application in real-time flood forecasting. In this study, we use the SIMWE model at two resolutions (20 m and 500 m) for Oslo, and at a high resolution (1 m) at the Grefsen area, which is approximately 1.5 km2 in Oslo. The results show that the SIMWE model can generate water depth maps at both coarse and high resolutions. The spatial resolution has strong impacts on the absolute values of water depth and subsequently on the classification of flood risks. The SIMWE model at a higher spatial resolution produces more overland flow and higher estimation of flood risk with low rainfall input, but larger areas of risk with high rainfall input. The Grefsen case study shows that roads act as floodways, where overland flow accumulates and moves fast.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document