Wat is computationele vloeistofdynamica? CFD in een notendop

Onlangs sprak ik met Mauro De Luca, de CFD-expert van OMRT, om de bodem van iets uit te zoeken. Wat is CFD? Hoe is het relevant voor een bouwproject? Hoe komen we tot een punt waarop we dit soort windanalyses kunnen zien?

Aangezien ik een business developer ben en Mauro een computationeel natuurkundige, kun je je voorstellen dat er niet veel overlap is tussen deze twee werelden. Maar we doen allebei ons best om zowel de complexiteit als de praktische aspecten van elkaars perspectieven te begrijpen. Lees hieronder verder!

Hoi Mauro, kun je jezelf even voorstellen?

Zeker. Ik werk als computationeel natuurkundige bij OMRT. Ik heb een achtergrond in computationele natuurkunde en ik ontwikkel de windanalysetools voor projecten bij OMRT.

Dus wat is CFD precies? Waar staat het voor?

CFD staat voor Computationele Vloeistofdynamica (of Stromingsdynamica, afhankelijk van wie je het vraagt). In de context van een gebouwontwerp gaat het om het berekenen van de windimpact van een gebouw en zijn footprint op de omgeving.

Dus je werkt veel met CFD en windanalyse. Waarom is dat? Waarom is er zoveel vraag naar dit soort analyses?

Elk bouwproject in Nederland (en daarbuiten) vereist een analyse van het effect dat het gebouw gaat hebben op de lucht- en windstroming eromheen. Als het gebouw te veel wind creëert (zoals we bij veel moderne gebouwen hebben gezien), is dat een probleem.

En het is ook een belangrijke veiligheidskwestie. Stormen en wind kunnen een serieuze bedreiging vormen voor het leven. Eerder dit jaar hadden we ook een zeer verwoestende storm (Eunice) in Nederland, waarbij bomen omvielen en een enorm gevaar vormden. Het uitvoeren van een volledige windstromingsanalyse is dus een cruciaal onderdeel van het gebouwontwerp.

3D CFD output, notice the wind spiralling on the right

Wat is er anders aan de aanpak van OMRT, vergeleken met een standaard gebouwontwerpproces?

Bij OMRT draait alles om het vooraf verstrekken van informatie. In een typisch project is windanalyse belangrijk. Maar meestal kun je geen volledige computationele simulaties ontvangen terwijl het gebouw zich nog in de vroege ontwerpfase bevindt. Dat valt niet binnen het bereik van een architect.

Bij OMRT voeren we deze simulaties in principe parallel met het ontwerpproces uit. Dus elk ontwerp dat de eerste controles doorstaat, heeft ook een windanalyse aan onze kant ondergaan.

Een groot voordeel hiervan is dat er geen verrassingen zijn. Als je begint met het einde in gedachten, is je project altijd klaar voor succes, dus dat is in feite hoe we verschillen van de norm.

A typical study surface, or input, for our OMRT Wind Analysis project

Cool. Ik ben ook nieuwsgierig. Waarom zijn deze CFD's of windsimulaties zo moeilijk? Waarom voert niet iedereen gewoon snel deze simulaties uit op elk gebouwontwerpplan?

Windanalyse is ongelooflijk rekenintensief. Voordat krachtige computers kwamen, konden we dit soort dingen letterlijk niet uitzoeken. Je kunt niet met pen en papier gaan zitten en de vloeistofdynamica uitzoeken. Er zijn te veel bewegende delen, dus je zou het nooit kunnen oplossen.

We gebruiken AWS cloud computing, wat voor ons de meest kosteneffectieve manier is om deze simulaties uit te voeren. In principe kunnen we de kracht van deze supercomputers gebruiken om simulaties parallel uit te voeren. Het uitbesteden van de berekeningen aan Amazon betekent dat we de resultaten sneller en goedkoper kunnen krijgen dan wanneer we onze eigen computers op het OMRT-kantoor zouden gebruiken.

The average wind mapping for a neighbourhood. You can get a sense of the scale and complexity of the calculations from these images

Mooi. Ik denk dat we wat hebben geleerd over hoe CFD en windanalyse werken, en het belang ervan binnen een bouwproject. Wat kunnen mensen doen als ze meer willen weten?

Ons bellen bij OMRT is altijd een goed begin! We doen dingen een beetje anders door je al die belangrijke informatie vooraf te geven. Zo kun je onzekerheid minimaliseren en hopelijk dingen soepel laten verlopen.