Modélisation CFD haute précision de balles de golf en rotation dans conditions de flux réalistes

• Nouvelle méthode dynamique des fluides computationnelle (CFD) d'ordre élevé simule la physique la plus précise de balles de golf en rotation.
• Elle prend en compte tous les paramètres réels et calcule le problème de physique des fluides en temps raisonnable.

Plusieurs paramètres dans la mécanique du swing affectent le spin généré sur la balle de golf. Un golfeur pro peut frapper la balle à 215 km/h, générant taux rotation ~3000 rpm. Ce taux affecte la trajectoire de vol de la balle.

Objectif design balle golf : maximiser portée en ligne droite, réduire traînée et variation forces latérales, maximiser force portance générée par backspin.

Pour comprendre performance balles golf sous divers scénarios et collecter infos pour développer balle next-gen, chercheurs Stanford University ont créé les simulations les plus avancées de balles golf statiques et en rotation prenant en compte presque tous paramètres réels.

Intégration aérodynamique sportive

Partie cruciale design balle golf : petits dimples (alvéoles) autour balle. Profondeur, taille, position de ces dimples déterminent propriétés aérodynamiques sous différents scénarios. De plus, détails flux de chaque dimple nécessaires pour déterminer précisément ces propriétés.

Pour la première fois, chercheurs présentent simulations CFD d'ordre élevé de balles golf en rotation en environnement réel. Pour générer maillage et mouvement grille, ils ont combiné technique Flux Reconstruction avec approche Artificial Boundary overset.

Surface balle golf et résolution grille | Crédit chercheurs

Ils ont développé nouveaux algorithmes visualisation pour utiliser accélérateurs hardware récemment construits. Basés sur méthode Large Eddy Simulation sans sous-modèles grille. Calcule équations physique fluides hautement complexes en moins temps.

Algorithmes calculent efficacement champs écoulement turbulents autour balle sur GPUs NVIDIA Tesla. Utilisé même unité processing au cluster Xtream GPU computing Stanford, puissance 1 petaflop.

Techniques ordre élevé comme Flux Reconstruction particulièrement utiles en Direct Numerical Simulation ou Large Eddy Simulation. Permettent simulation flux dominés par tourbillons avec moins degrés liberté, exécutent plus efficacement sur nouveaux processeurs vs techniques CFD second ordre conventionnelles.

Référence : arXiv:1806.00378 | Stanford University

Ceci car opérations flottantes plus élevées exécutées par octet mémoire consommé par algorithme. Alors algorithmes précédents atteignaient peine 3 % performance pic sur GPUs, nouvelle méthode atteint >50 % performance pic sur même hardware.

Cette méthode applicable autres balles sport

Lignes de courant et champ magnitude vitesse à y=0 | Crédit chercheurs

Méthode donne résultats bien meilleurs vs techniques computationnelles précédentes. Fonctionne nombre Reynolds — nombre sans dimension comportement fluide — ≤ 500 000.

Lire : Nouvelle simulation eau capture chaque détail infime temps réel

Cette technique simulation haute fidélité aussi applicable autres applications sport : voiliers basse vitesse, palets hockey, vélos vitesses modérées. Aussi : turbomachines, petits dispositifs volants sans pilote, multicoptères, systèmes high-lift.