Doctorandus/a PhD student

Naam: Pieter Bauweraerts

Promotie / Defence

When: 04/09/2020 17:00
Language: en

Waar: aula De Molen, 00.07, Kasteelpark Arenberg 50, 3001 Heverlee

Promotor / Supervisor

Prof. dr. Johan Meyers (promotor)

Samenvatting van het onderzoek / Summary of Research

De snelle ontwikkeling van simulatiemethodologie, rekenkracht en meettechnologieën opent mogelijkheden voor de reconstructie, voorspelling en controle van turbulente stromingen in de atmosferische grenslaag (E: Atmospheric Boundary Layer – ABL). Dit kan bijvoorbeeld leiden tot toepassingen zoals het monitoren van de dispersie van verontreinigende stoffen, het voorspellen van het vermogen van windturbines, maximaliseren van het vermogen van windparken en het reduceren van de structurele belasting op windturbines. In dit werk focussen we op de reconstructie en predictie van turbulente stromingen in een horizontaal homogene ABL. Voor de ontwikkeling en het benchmarken gebruiken we onze binnenshuis ontwikkelde atmosferische turbulentie simultiecode SP-Wind als virtuele realiteit. SP-Wind gebruikt de grotewervelsimulie (E: Large-Eddy Simulation – LES) simulatie techniek, dewelke enkel de grote wervels simuleert en het effect van de kleine op de grote schalen modelleert.

We bestuderen de haalbaarheid van het gebruik van LES voor het real-time voorspellen van turbulente snelheidsfluctuaties in een PDBL. Hoewel, LES over het algemeen gezien als computationeel te duur worden beschouwd voor real-time gebruik, kan de simulatie tijd sterk gereduceerd worden door grovere grids te gebruiken. Dus werd er gefocust op de voorspellingsfouten op zulke grove grids, en onderzoeken we de balans tussen rekensnelheid en nauwkeurigheid. Om dit te bereiken, maken we een geïdealiseerde casestudy, waarvan de voorspellingsfouten worden onderzocht, gebaseerd op een referentiesimulatie op een fijn grid en een serie grovere grids. We vinden dat de fout slechts traag groeit, met toenemende grid-grofheid. Een praktisch voorbeeld, geïnspireerd door windenergie, onthult dat er voorspellinghorizonten bestaan voor welke de variantie van de voorspellingsfout significant verminderd wordt in vergelijking met de turbulente-achtergrondvariantie, terwijl tegelijkertijd een verhouding van gesimuleerde tijd op wall-time van bijna 300 bereikt wordt.

Hierna onderzoeken we het reconstrueren van turbulente snelheidsvelden in een ABL op basis van een reeks lidar-metingen, gebruik makend van LES gecombineerd met een Bayesiaans-gebaseerde toestandsschatter. Om de werking te kunnen beoordelen, construeren we een reeks lidar-metingen m.b.v. een fijne-grid LES van een ABL. De reconstructie gebruikt LES op een grover grid en een kleiner domein, en de resultaten worden vergeleken met de fijne grid referentie. Twee lidar-trajecten worden beschouwd: een klassiek traject waarin in het horizontale vlak gescand wordt en een 3D patroon dat is gebaseerd op een Lissajous curve. We vinden een goede overeenkomst tussen de het gereconstrueerde en referentiesnelheidsveld. Voor het 3D scanpatroon slagen we het in het het reconstrueren van de grootschalige turbulente structuren.

Volledige tekst van het doctoraat / full text

Examencommissie / Board of examiners

  • Prof. dr. Johan Meyers (promotor)
  • Prof. dr. ir. Omer Van der Biest (voorzitter)
  • Prof. dr. ir. Goele Pipeleers (secretaris)
  • Prof. dr. ir. Geert Lombaert
  • Prof. dr. Jakob Mann , Technical University of Denmark
  • Prof. dr. David Schlipf , Flensburg University of Applied Sciences