Pemodelan CFD Bola Golf Berputar Presisi Tinggi dalam Kondisi Aliran Realistis

• Metode dinamika fluida komputasi tingkat tinggi yang baru menyimulasikan fisika paling presisi dari bola golf yang berputar. 
• Ini memperhitungkan semua parameter dunia nyata dan menghitung masalah fisika fluida dalam waktu yang cukup lama. 

Terdapat beberapa parameter dalam mekanika ayunan yang mempengaruhi putaran yang dihasilkan pada bola golf. Seorang pegolf profesional dapat memukul bola dengan kecepatan hingga 215 km/jam, sehingga menghasilkan kecepatan putaran sekitar 3000 rpm. Kecepatan ini mempengaruhi kecepatan terbang bola di udara.

Tujuan merancang bola golf adalah untuk memaksimalkan jangkauan bola golf dalam garis lurus, sekaligus mengurangi hambatan dan variasi gaya samping, serta memaksimalkan gaya angkat yang dihasilkan oleh backspin.

Untuk memahami performa bola golf dalam berbagai skenario, dan untuk mengumpulkan informasi guna mengembangkan bola generasi berikutnya, para peneliti di Universitas Stanford telah menghasilkan simulasi paling canggih dari bola golf statis dan berputar yang memperhitungkan hampir semua parameter dunia nyata.

Menggabungkan Aerodinamika Olahraga

Bagian terpenting dari desain bola golf adalah lesung pipit kecil di sekitar bola. Kedalaman, ukuran, dan posisi lesung pipit ini menjelaskan sifat aerodinamis bola dalam berbagai skenario. Selain itu, detail aliran setiap lesung diperlukan untuk menentukan properti ini secara akurat.

Untuk pertama kalinya, para peneliti telah menyajikan simulasi dinamika fluida komputasi tingkat tinggi dari bola golf yang berputar di lingkungan dunia nyata. Untuk menghasilkan gerakan mesh dan grid, mereka menggabungkan teknik Rekonstruksi Fluks dengan pendekatan overset Batas Buatan.

Permukaan bola golf dan resolusi grid |  Atas perkenan para peneliti

Mereka mengembangkan algoritme visualisasi baru untuk memanfaatkan akselerator perangkat keras yang baru dibuat. Mereka didasarkan pada metode Simulasi Eddy Besar tanpa model sub-grid. Ini menghitung persamaan fisika fluida yang sangat kompleks dalam waktu yang lebih singkat.

Algoritme ini dapat secara efisien menghitung bidang aliran turbulen di sekitar bola pada GPU NVIDIA Tesla. Mereka menggunakan unit pemrosesan yang sama di cluster komputasi GPU Xtream di Universitas Stanford, yang memiliki kekuatan komputasi satu petaflop.

Teknik tingkat tinggi seperti Rekonstruksi Fluks sangat berguna dalam pengaturan Simulasi Numerik Langsung atau Simulasi Eddy Besar. Teknologi ini memungkinkan simulasi aliran yang didominasi pusaran dengan derajat kebebasan lebih sedikit, dan mengeksekusi lebih efisien pada prosesor baru dibandingkan dengan teknik dinamika fluida komputasi konvensional orde kedua.

Referensi: arXiv:1806.00378 | Universitas Stanford

Hal ini terjadi karena operasi floating point yang lebih tinggi dieksekusi per byte memori yang dikonsumsi oleh masing-masing algoritma. Meskipun algoritme sebelumnya hampir tidak mencapai performa puncak sebesar 3% pada GPU, metode baru ini mencapai performa puncak lebih dari 50% pada hardware yang sama.

Metode ini juga dapat digunakan untuk bola olahraga lainnya

Arus dan besaran kecepatan medan pada y=0 | Atas perkenan para peneliti

Metode ini memberikan hasil yang jauh lebih baik dibandingkan dengan teknik komputasi sebelumnya. Ia berfungsi pada bilangan Reynolds – bilangan tak berdimensi yang menunjukkan perilaku fluida – tidak lebih dari 500.000.

Baca:Simulasi Air Baru Dapat Menangkap Setiap Detail Kecil Secara Real-Time

Teknik simulasi fidelitas tinggi ini juga dapat diterapkan pada aplikasi olahraga lainnya, seperti perahu layar kecepatan lambat, mesin hoki, dan sepeda dengan kecepatan sedang. Ini juga dapat digunakan untuk mesin turbo, perangkat terbang kecil tanpa awak, multikopter, dan sistem pengangkat tinggi.