Institut für rechnergestützte

Präsentation zum Thema: "Institut für rechnergestützte"—  Präsentation transkript:

1 Institut für rechnergestützte
Modellierung im Bauingenieurwesen Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden Sebastian Bindick, Maik Stiebler, Manfred Krafczyk

2 Gliederung Motivation Ein virtueller Entwurfsraum
Simulation gekoppelter thermischer Transportprozesse Zusammenfassung und Ausblick Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 2

3 Motivation Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 3

4 Gliederung Motivation Ein virtueller Entwurfsraum
Simulation gekoppelter thermischer Transportprozesse Zusammenfassung und Ausblick Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 4

5 AutoCAD als Konstruktionsraum
<xml /> OMF-Applikation Modifikation von: Randbedingungen Metadaten Geometrie .754 Datenmodell- aufbereitung Ereigniserkennung Triangulation Pre-processing Datenübertragung Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 5

6 Virtueller Entwurfsraum
Render- und Simulationsknoten Tiled Display Modellierer (AutoCAD) Modelltransfer Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 6

7 Verteilte Simulation und Visualisierung
parallele Effizienz auf 72 CPUs ~85% und ~ fps Hierdurch wird erst eine flüssige Ausgabe der Simulation möglich Simulation auf Tiled-Display-System am Calit2 (70 Displays und 300 Mega Pixel) Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 7

8 Gliederung Motivation Ein virtueller Entwurfsraum
Simulation gekoppelter thermischer Transportprozesse Zusammenfassung und Ausblick Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 8

9 Simulation gekoppelter thermischer Transportprozesse
Arten der Wärmeübertragung: Konvektion Wärmestrahlung Wärmeleitung Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 9

10 Simulation gekoppelter thermischer Prozesse
Komplexe physikalische Prozesse am Bauteilinterface: Strahlungsintensität eines Körpers hängt ab von: → Oberflächenbeschaffenheit → Oberflächentemperatur → Wellenlängenbereich → Verteilung auf die Richtungen im Raum Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 10

11 Strahlungsaustausch O(n²) O(n² n) = O(n³) Laufzeit ? ~ 4000s
Uniforme Diskretisierung Dreiecke: 4096 Maximaler Fehler: ~ 5% Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 11

12 Strahlungsaustausch in komplexen Systemen ?
Asphalt ~ 10 Millionen Dreiecke Doppelfassade ~ Dreiecke Stadtmodell ~ Dreiecke Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 12

13 Ein hierarchisch adaptiver Ansatz
Komplexität: O(n²) → O(k² + n) Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 13

14 Bechleunigung der Sichtbarkeitsprüfung
Kd-Bäume zur Raumzerlegung Optimierung durch Wahl der Splitting-Plane: Kosten-optimierte Heuristik Surface Area Heuristic (SAH) 1 2 3 6 5 4 Komplexität: O(n) → O(log n) Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 14

15 Strahlungsaustausch O(n³) O(log(k)(k²+n)) Laufzeit ? ~ 4000s
Uniforme Diskretisierung Dreiecke: 4096 Maximaler Fehler: ~ 5% O(log(k)(k²+n)) Laufzeit ? Dreiecke: 4960 Maximaler Fehler: ~ 1% < 1s Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 15

16 Strahlungsaustausch in einem Büroraum
Dreiecke: ~ Laufzeit: ~150s Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 16

17 Sonneneinstrahlung auf einen offenporigen Asphalt
Dreiecke: ~10 Millionen Laufzeit: ~700s Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 17

18 Wärmeleitung Explizite Finiten-Differenzen (2nd Order)
Strahlungs-Struktur-Wechselwirkung Interface BT1 BT2 BT3 Bauteilweise Diskretisierung Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 18

19 Volle Kopplung Strahlung, Wärmeleitung und Konvektion
Entlüftung V m/s 2.3 1.7 1.2 0.6 0.0 T °C 38.2 33.6 29.1 24.5 20.0 Belüftung Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 19

20 Gliederung Motivation Ein virtueller Entwurfsraum
Simulation gekoppelter thermischer Transportprozesse Zusammenfassung und Ausblick Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 20

21 Zusammenfassung und Ausblick
Virtueller Entwurfs- und Konstruktionsraum Interaktive Optimierung durch mehrere Fachplaner Echtzeit Visualisierung Gekoppelte Simulation kontinuierlicher Modelle Weitere Ziele: Optimierung der hardware-beschleunigten Simulation Einbinden weiterer physikalischer Prozesse (z.B. Gasstrahlung) Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
Bindick | Interaktive Simulation transienter Wärmetransportprozesse in und an Gebäuden | Folie 22