De faculteit TW heeft er acht jaar op moeten wachten: een nieuwe hoogleraar. Vorige week donderdag was het zover en stelde professor Jaap van der Vegt zich voor met supersone stromingen, lambda-schokken en reuze-orkanen.
Van der Vegt steekt tijdens zijn oratie getiteld 'Wiskundige simulatie als stromingsleerlaboratorium' groots van wal. Hij toont een reusachtige orkaan op Jupiter met een doorsnee van twee keer die van de aarde. Aan de hand van dit windmonster introduceert hij zijn leerstoel: Computational Mechanics. Het vakgebied blijkt een kruisbestuiving van natuurkunde, wiskunde, informatica en technische toepassingen. Men onderzoekt zo ongeveer alles wat stroomt: Jupiter-orkanen, lucht, water, maar ook etsvloeistoffen. De meeste van deze stromingen zijn turbulent en bestaan uit complexe wervels, waardoor ze moeilijk voorspel- en beschrijfbaar zijn, in theorie.
Maar in de praktijk wil een vliegtuigbouwer weten hoe lucht rond een vleugel zich gedraagt. Om hier iets over te kunnen zeggen maakt men schaalmodellen en test deze in de windtunnel. Van der Vegt, zelf geruime tijd werkzaam bij het Nationaal Lucht- en Ruimtevaartlaboratorium, illustreert dit met een flitsend plaatje van een F18-straaljager. Ook toont hij een X38-ruimtevaarttuig dat in de NLR-windtunnel een supersone wind voor de kiezen kreeg. Bij dergelijke snelheden ontstaan er op de vleugels lambda-vormige schokgolven.
Maar als deze experimenten met schaalmodellen goed werken, waarom dan een numerieke simulatie op de computer?
Van der Vegt legt uit dat schaalmodellen duur zijn en dat omschalen niet altijd lukt. Soms is het gewoon onmogelijk: voor de simulatie van ruimtecapsules moet je in een gewichtsloze ruimte werken en dat gaat op een computer makkelijker dan op aarde. Met een numeriek programma kun je meerdere experimenten doen, iets wat bij de schaalmodellen moeilijk en duur is.
Een numerieke simulatie is echter geen kleinigheid. Om de stroming rond een vleugel uit te rekenen staat een supercomputer (miljard operaties per seconde) weken te pruttelen. In de Computational Mechanics probeert men de berekeningen daarom zo eenvoudig mogelijk te houden. Van der Vegt en zijn vakgroep ontwikkelen diverse modellen waarmee ze stromingen vereenvoudigen. Zo beschrijft de 'Large Eddy'-methode alleen de grote wervels van een stroming. Om te testen of zo'n vereenvoudigd model goed werktmoet de werkelijke situatie, als referentie, uitgerekend zijn. Dit kan met Directe Numerieke Simulatie. Aan de hand van een kleurrijk plaatje laat hij zien hoe de werkelijke situatie voor een menglaag eruit ziet (zie voorpagina.)
Computational Mechanics bestaat niet alleen uit rekenwerk. Een uitstapje naar de theorie wordt door Van der Vegt en zijn onderzoekers zeker niet geschuwd. Zo gaat voor de toekomst zijn interesse uit naar de ontwikkeling van een 'ruimte-tijd discontinue Galerkin- eindige elementenmethode.' Drie nieuwe aio's mogen zich in deze materie vastbijten.
