Dr.-Ing. Arthur Stück, Träger des Georg-Weinblum-Preises
Die Sensitivitätsanalyse mit Hilfe der vorgestellten adjungierten Navier-Stokes-Verfahren ermöglicht eine effiziente hydrodynamische Formoptimierung unter Berücksichtigung vieler Entwurfsfreiheitsgrade. Die Methode gibt einen detaillierten Einblick in das Optimierungsproblem aus Sicht der Zielfunktion. Im Vortrag werden ausgewählte Elemente der adjungierten Sensitivitätsanalyse skizziert: Dies sind eine konsistente Finite-Volumen-Diskretisierung des adjungierten, inkompressiblen Navier-Stokes-Problems, ein adjungierter iterativer Druckkorrekturalgorithmus sowie die Auswertung der Zielfunktionsableitung. Das Verfahren wurde mit Hilfe analytischer Lösungen validiert und gegen numerische Lösungen des linearisierten Navier-Stokes-Problems verifiziert. Beispielhaft wird gezeigt, wie sich das vorgestellte adjungierte Verfahren zur manuellen, zielorientierten Nachstrom-Optimierung einer Hinterschiffsform einsetzen lässt. Außerdem wird eine automatisierte Formoptimierung zur Reduzierung des Energieverlustes in einem Rohrleitungssegment dargestellt. Abschließend wird ein Ausblick auf weitere Anwendungsmöglichkeiten des adjungierten Berechnungsverfahrens in der Schiffshydrodynamik gegeben.
Sensitivity analysis based on adjoint Navier-Stokes methods is an essential ingredient to efficient, hydrodynamic shape optimisation in the face of many design parameters. The method yields a detailed insight into the design problem from the objective point of view. The talk outlines some of the main building blocks to Navier-Stokes based, adjoint sensitivity analysis: these are the consistent finite-volume discretisation for the incompressible adjoint Navier-Stokes problem, the iterative adjoint pressure-correction algorithm and the evaluation of the sensitivity derivative in the adjoint post-processing. The method was validated against analytical adjoint solutions and verified against the solution of the linearised Navier-Stokes problem obtained in the direct-differentiation method. The adjoint approach was used to guide a manual hull re-design of a generic container vessel in order to improve the wake field; automatic shape optimisation runs were performed to reduce the power-loss in a double-bent pipe section configuration. The presentation concludes with an outlook to further applications of the adjoint method in ship hydrodynamics.