Запихнуть торнадо в процессор: мега-симуляция турбулентности объяснила, почему глохнут двигатели и откуда берутся торнадо
NewsMakerФизики оцифровали чистый хаос на 35 триллионов ячеек, чтобы мы перестали бояться болтанки.
Американская группа ученых выполнила крупнейшее в истории трехмерное моделирование турбулентности на суперкомпьютере Frontier. Расчет провели исследователи из Технологического института Джорджии. В рамках эксперимента они просчитали хаотическое поведение потока в объеме с разбиением на 35 трлн ячеек. По размеру и детализации такая прямая численная симуляция турбулентных процессов пока не имеет аналогов.
Модель описывает поведение жидкости и газа в режиме полностью развитой турбулентности. Подобные режимы встречаются в океанических течениях, в атмосфере и внутри реактивных двигателей при высоких нагрузках. Авторы работы считают, что полученные данные можно использовать для уточнения вычислительных моделей в метеорологии и при проектировании аэродинамических поверхностей, включая элементы летательных аппаратов и транспорт с повышенными требованиями к эффективности.
Трудности с изучением турбулентности связаны прежде всего с масштабом явления. В таком потоке одновременно существуют вихри очень разного размера. Крупные закрутки распадаются на более мелкие, те дробятся дальше, и на самом нижнем уровне энергия движения гасится вязкостью и уходит в тепло. На глаз картина выглядит полностью беспорядочной, но при статистическом разборе видно, что на малых масштабах действуют повторяющиеся закономерности. Теория давно говорит, что при более сильном потоке эти универсальные свойства проявляются четче. Проверить это в вычислительных моделях раньше мешало простое ограничение по ресурсам - не хватало детализации расчета.
В новом моделировании взяли виртуальный куб и разбили каждое его ребро на 32 768 точек. Получилась очень плотная трехмерная сетка. В каждом узле программа считала, как меняется скорость и завихрение с учетом двух конкурирующих факторов, инерции, которая поддерживает движение, и вязкого трения, которое его сглаживает. Такой шаг сетки позволяет одновременно отслеживать и большие вихревые структуры, и самые мелкие, где происходит основное рассеяние энергии.
Американская группа ученых выполнила крупнейшее в истории трехмерное моделирование турбулентности на суперкомпьютере Frontier. Расчет провели исследователи из Технологического института Джорджии. В рамках эксперимента они просчитали хаотическое поведение потока в объеме с разбиением на 35 трлн ячеек. По размеру и детализации такая прямая численная симуляция турбулентных процессов пока не имеет аналогов.
Модель описывает поведение жидкости и газа в режиме полностью развитой турбулентности. Подобные режимы встречаются в океанических течениях, в атмосфере и внутри реактивных двигателей при высоких нагрузках. Авторы работы считают, что полученные данные можно использовать для уточнения вычислительных моделей в метеорологии и при проектировании аэродинамических поверхностей, включая элементы летательных аппаратов и транспорт с повышенными требованиями к эффективности.
Трудности с изучением турбулентности связаны прежде всего с масштабом явления. В таком потоке одновременно существуют вихри очень разного размера. Крупные закрутки распадаются на более мелкие, те дробятся дальше, и на самом нижнем уровне энергия движения гасится вязкостью и уходит в тепло. На глаз картина выглядит полностью беспорядочной, но при статистическом разборе видно, что на малых масштабах действуют повторяющиеся закономерности. Теория давно говорит, что при более сильном потоке эти универсальные свойства проявляются четче. Проверить это в вычислительных моделях раньше мешало простое ограничение по ресурсам - не хватало детализации расчета.