Även om ingången till stor del är matematisk, innebär Christer Furebys arbete med matematisk modellering och datorsimulering av strömning och turbulens många tänkbara praktiska användningar. En gång ville han tränga ännu djupare ned i matematikens mysterier, men trivs nu utmärkt med att kunna se slutänden på en tankeprocess. Arbetsplatsen är Totalförsvarets forskningsanstalt, FOI, i Stockholm.
– FOI är nog en av de bästa miljöer man kan tänka sig som forskare. Försvaret har ju både flyg, fartyg och andra verksamheter där strömningsmekanik är centralt. Min personliga forskningsvision är att kunna använda de sofistikerade beräkningsmetoderna på mer praktiska problem – då närmar man sig fysiken, och matematiken blir bara ett språk. Professuren här ligger helt i linje med det, med fokus på sjösidan, säger han.
En målsättning för simulering på grundval av en matematisk modell är att den i tillräcklig hög grad liknar det som sker i verkligheten, till exempel vattnets strömning kring ett fartyg. Detta testas genom experimentella mätningar på en ca 4-5 meter lång modell. Även om det långsiktiga målet är att kunna simulera turbulens kring en farkost i full skala, ligger detta ännu en bra bit in i framtiden. Det är helt enkelt alldeles för komplext och resurskrävande.
Christer Fureby har under senare tid koncentrerat sig på storvirvelsimulering, LES. Det är en typ av modellering inom numerisk beräkning av strömning som kommer närmare en mer exakt simulering än de traditionella Reynolds medelvärdesbildade modellerna, RANS, som ofta används till exempel inom industrin.
RANS räknar med ett medelvärde av alla turbulensvirvlars värden. Finessen med LES är att hänsyn tas till dynamiken både i virvelstorlek och över tid.
– Vi har drivit LES-tekniken på FOI i många år. Det är egentligen inte nytt att använda den för att studera enkla strömningsproblem, men det är nytt för mer komplexa problem, som till exempel strömning och turbulens kring ett helt fartyg. Det finns inte många grupper i världen som gör detta, och vi är faktiskt en av de ledande. Både kompetens och motivation krävs för att använda LES. Det kan ta två veckor istället för en halvtimme att köra en simulering på en modern parallelldator och ger mycket information att hantera. Men det kan vara värt mödan, eftersom simulering av turbulens och strömning inte bara är viktigt vid konstruktion av ett fartyg för att förbättra sjöegenskaperna och minska miljöpåverkan, utan också exempelvis för att kunna optimera bilars bensinförbrukning.
Strömning och vågmönster kring ett jagarskråv i modellskala.
Kunskapen behöver spridas
Christer Fureby menar att numerisk beräkning av strömning i allmänhet behandlats lite styvmoderligt av industrin.
– Det är nog en ganska lång process att skaffa tilltro till de nya verktygen vi utvecklar. Visst kan man säga att vi fortfarande till stor del befinner oss i den akademiska sfären när det gäller LES, med undantag för viss försvarsindustri som både har resurser men framförallt en speciell problematik. Fast saker och ting går framåt, och jag tror att många inte vet vilken kunskap vi har och vad vi kan åstadkomma till nytta för företagen.
Även om FOI främst sysslar med forskning för militära ändamål, är inte allt hemligt. En stor del av resultaten publiceras helt öppet och man strävar efter fler civila kunder. Spännande och ganska hemligt, är syftet att använda LES-tekniken för att identifiera ett fartygs ”signatur”.
– Med signatur menas de vattenvirvlar som bildas av ett fartyg, vilket gör att det kan identifieras. Man kan även minimera sin egen signatur på olika vis, genom att släppa ut bubblor i vattnet eller förändra vätskans virvelbeteende genom att släppa ut polymerer. Det är egentligen ganska känt, men det är högst aktuellt att förfina och utveckla tekniken kring signaturer.
Inte bara företagen behöver höra talas om beräkningsmetodikens framsteg. Personligen vill Christer Fureby gärna ha mer kontakt med konstruktörer, och menar att vikten av samarbete inte kan överdrivas. Tjänsten på foi innebär många kontaktytor och samverkan med flera svenska och internationella högskolor och forskningsinstitut. I den unika positionen ser han mycket som kunde göras annorlunda.
– Först och främst bör man samverka inom olika avdelningar, nästa steg är att högskolorna samarbetar med varandra mycket mer än idag. Samtidigt kan jag förstå varför det blir så, när vi har ett finansieringssystem som underblåser stridigheter och rivaliteter. Men Sverige är inte så stort och vi måste använda våra resurser på ett smart sätt.
Intervjun gjordes 2003 av Sofie Hebrand för skriften Ny kunskap.
Strömning kring ett rektangulärt prisma med LES (överst) och RANS (nederst). Här syns tydligt hur LES kan fånga det varierande strömningsfältet.