Piattaforma per il calcolo e Applicazioni Open Source per l'ingegneria Navale

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1 Piattaforma per il calcolo e Applicazioni Open Source per l'ingegneria Navale Prof. Giorgio Contento Ph. D. Guido Lupieri Dipartimento di Ingegneria ed Architettura Corso di Laurea in Ingegneria Navale Università degli Studi di Trieste

2 Breve Presentazione degli Autori Oggi siamo qui Prof. Giorgio Contento Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria ed Architettura, Università degli Studi di Trieste, docente di Architettura Navale, Responsabile scientifico del progetto OpenSHIP POR-FESR ( ) Ph. D. Guido Lupieri Assegnista di Ricerca presso il Dipartimento di Ingegneria ed Architettura, Università degli Studi di Trieste

3 Schema della presentazione Parte 1 La infrastruttura di calcolo: il cluster COCA Parte 2 La CFD per la progettazione navale Parte 3 Il met-ocean per l'ingegneria navale e off-shore

4 Parte 1 La infrastruttura di calcolo: il cluster COCA HPC Cluster COCA (Cluster for OpenSource CFD Applications) 1 Master Head Node (12 CPU) 24 Computing Nodes (288 CPU) InfiniBand Interconnection 700 GB RAM 82 TB Fiber Channel RAID 6 Virtual Private Network Direct access to GARR Intel Cluster-Ready Certification mpirun -np 300 myapplication.x

5 Parte 1 La infrastruttura di calcolo: il cluster COCA switch cables Extra computing nodes VPN dischi di storage controller RAID Spazio libero per future espansioni di storage e computing nodes monitor e tastiera per interventi on-site alimentazione ridondata front-end nodes copyleft 2013 computing NOME_RELATORE

6 Parte 1 La infrastruttura di calcolo: il cluster COCA top: cat /proc/cpuinfo: qstat -f

7 Parte 2 La CFD per la progettazione navale 1) Computational Fluid Dynamics vs Colors For Directors 2) Solutori Open Source per la CFD ed il Progetto OpenSHIP 3) Studio a priori delle migliori appendici da applicare a una carena 4) Studi di risospensione di particolato al passaggio delle navi

8 Parte 2 La CFD per la progettazione navale CFD: Computational Fluid Dynamics vs Colors For Directors???... gli ingegneri vogliono i numeri giusti (M.V. Saipem Energy Services)

9 Parte 2 La CFD per la progettazione navale Solutori Open Source per la CFD ed il Progetto OpenSHIP È un POR-FESR ( ) La libreria OpenFOAM contiene solutori stato dell'arte per fare la fluidodinamica: risolve le equazioni di Navier-Stokes con la tecnica dei Volumi Finiti Il Sorgente è APERTO quindi possibilità implementare, migliorare, caratterizzare librerie per il calcolo (C++) Learning Curve: steep! ma grande interesse di pubblico, comunità internazionale nutrita, interessata e spesso competente Debolezza: le librerie non hanno un meshatore sempre adeguato (blockmesh, snappyhexmesh) copyleftwww.openfoam.com 2013 NOME_RELATORE

10 Parte 2 La CFD per la progettazione navale Esempio di Solutore OpenSource (a sorgente aperto): Implementazione di un assorbitore numerico per evitare eventuale riflessione delle onde dal bordo del dominio. Codice Sorgente: Equazione Implementata (Predictor): ondogeno numerico Clement A. Coupling of two absorbing boundary conditions for 2-d time domain simulations of free copyleft 2013 NOME_RELATORE surface gravity waves. J. Comput. Physics, 126: , (1996)

11 Parte 2 La CFD per la progettazione navale Debolezza: le librerie non hanno un meshatore sempre adeguato alle esigenze degli ingegneri (blockmesh, snappyhexmesh) blockmesh:

12 Parte 2 La CFD per la progettazione navale

13 Parte 2 La CFD per la progettazione navale snappyhexmesh: un esempio che funziona castellated snapped layers added

14 Parte 2 La CFD per la progettazione navale snappyhexmesh: un esempio che non funziona Che fare? Usare meshatori commerciali? Integrare le librerie esistenti?

15 Parte 2 La CFD per la progettazione navale Studio a priori delle migliori appendici da applicare alla carena di una chiatta Contractor: Fincantieri SpA

16 Parte 2 La CFD per la progettazione navale Studi di risospensione di particolato al passaggio delle navi possibilità di un Boundary Layer accurato Contractor: DHI Italia

17 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore 1) Definizioni di Hindcasting e Forecasting. Catena di modelli numerici meteomarini Open Source sviluppati dalla comunità scientifica internazionale 2) Tra le applicazioni ingegneristiche di hindcast: operatività nave, tranquillità portuale, dimensionamento strutture,... 3) Tra le applicazioni ingegneristiche di forecast: weather routing (competizioni sportive, trasporti speciali), schedule operatività off-shore,...

18 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore Hindcasting e Forecasting come ricostruzione storica e previsione; vari tipi di previsione (a poche ore, a 15 gg., ) Perchè sono di interesse per gli ingegneri: concetto di clima locale e tempo di ritorno di un evento intenso, possibilità di prendere decisioni importanti in tempo! Evento in Grignano (Trieste): utilità forecast e/o hindcast

19 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore La catena di modelli numerici meteo-marini Open Source implementata su COCA: Global Athmospheric Model with (Exp) DATA t = 0 Resolution km forecast Local Atmospheric Model Modelli: WWIII SWAN POM Wave Mode Circulation Model Resolution km Lagrangian Models Global Atmospheric Model including RE-ANALYSIS (Model + Measurements) t-30years < t < 0 Resolution km hindcast Modelli: WRF-ARW ETA

20 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore Applicazioni ingegneristiche di hindcast: letteratura prodotta RON LAT ( ) Come dimostrare che i dati prodotti sono giusti??? Depth (m) LON ( ) 8.5 Probability ALGHERO Jan Mar 2007 / 3 hourly data MEAS - RON 9 3.0E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Hs(m) Tp (s) Probability 10 ALGHERO Jan Mar 2007 / 3 hourly data MODEL - P Hs (m) E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E Tp (s) Contento, G., Lupieri, G., Venturi, M., Ciuffardi, T., (2011) A MediumResolution Wave Hindcast Study Over the Central and Western Mediterranean Sea, International Journal of Marine Science and Technology, DOI /s , Volume 16/2011.

21 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore Applicazioni ingegneristiche di hindcast: approccio più recente Fossalon Come dimostrare che i dati prodotti sono giusti??? TIME DOMAIN ANALYSIS Trieste Paloma Luca Donatini. Implementation of a state-of-art met-ocean model chain for hindcast wave simulations over the Mediterranean Sea and comparison of results with field data, Tesi copyleft 2013 NOME_RELATORE di Laurea, 2013.

22 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore Applicazioni ingegneristiche di hindcast: operatività nave Marina Militare Italiana Point ShipP01 ShipP02 ShipP03 ShipP04 Description AVD [m] Vertical replenishment Steering station Hydro-ocanographic operational station Launcher/crane - AVV [m/s] 0.7 (cr. 1) - AVA [m/s2] 1.05 (cr. 2) 0.20 (cr. 3) 0.15 (cr. 5) Mode M+T 0.10 (cr. 4) M Mean speed [kn] Mode DP 0 Meas DP 1 Meas Towing 4 Meas Free run 8 Meas Cruise transfer 12 Transf High speed transfer 14 Type of operation M M+T Transf Contractor: Marina Militare Italiana

23 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore Applicazioni ingegneristiche di hindcast: operatività nave Marina Militare Italiana Contour plots of the averaged Operational Efficiency of the ship over the central Mediterranean Sea. Contento, G., Mocnik,F., Lupieri, G., Parapetto, M., Catapano, G., 2012, Operational Efficiency at Sea of a New Oceanographic Vessel at the Design Stage: A Detailed Study Over the Central Mediterranean Sea Using Medium Resolution Hindcast Wave Data, NAV th International Conference on Ships and Shipping Research, pg (full paper on CD).

24 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore Applicazioni ingegneristiche di forecast squall Wind pattern (10m above ground) of a squall occurred on August 2008 in the Gulf of Trieste. Comparison of the wind speed obtained by the model forecast and the measurements station Paloma approximately in the middle of the Gulf. Meteorological model resolution 2.2 km Contractor: ARPA FVG - OSMER

25 Parte 3 Il met-ocean per la ingegneria navale e off-shore Applicazioni ingegneristiche di forecast: operatività off-shore Contractor: Edison SpA, DEAM Srl

26 Fine Grazie per l'attenzione!

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