Supercomputere bruger grafikprocessorer til at løse mangeårige turbulensspørgsmål

Avancerede simuleringer har løst et problem i turbulent væskeflow, der kan føre til mere effektive turbiner og motorer.

Når en væske, såsom vand eller luft, flyder hurtigt nok, det vil opleve turbulens - tilsyneladende tilfældige ændringer i hastighed og tryk i væsken.

Turbulens er ekstremt vanskelig at studere, men er vigtig for mange ingeniørområder, såsom luftstrøm forbi vindmøller eller jetmotorer. En bedre forståelse af turbulens ville give ingeniører mulighed for at designe mere effektive turbinevinger, for eksempel, eller lav mere aerodynamiske former til Formel 1-biler.

Imidlertid, nuværende tekniske modeller for turbulens er ofte afhængige af 'empiriske' forhold baseret på tidligere observationer af turbulens for at forudsige, hvad der vil ske, snarere end en fuld forståelse af den underliggende fysik.

Dette skyldes, at den underliggende fysik er uhyre kompliceret, efterlader mange spørgsmål, der virker enkle uløste.

Nu, forskere ved Imperial College London har brugt supercomputere, kører simuleringer på grafikprocessorer oprindeligt udviklet til spil, at løse et langvarigt spørgsmål i turbulens.

At finde løsningen

Deres resultat, offentliggjort i dag i Journal of Fluid Mechanics , betyder, at empiriske modeller kan testes og nye modeller kan skabes, fører til mere optimale designs inden for ingeniørarbejde.

Medforfatter Dr. Peter Vincent, fra Department of Aeronautics i Imperial, sagde:"Vi har nu en løsning på et vigtigt fundamentalt flowproblem. Det betyder, at vi kan kontrollere empiriske modeller for turbulens mod det 'korrekte' svar, for at se, hvor godt de beskriver, hvad der faktisk sker, eller hvis de skal justeres."

Spørgsmålet er ganske enkelt:Hvis en turbulent væske strømmer i en kanal, og den forstyrres, hvordan forsvinder den forstyrrelse i væsken? For eksempel, hvis vandet pludselig blev sluppet ud fra en dæmning i en flod og derefter blev lukket, hvilken indflydelse ville den puls af dæmningsvand have på strømmen af ​​floden?

For at bestemme den overordnede 'gennemsnitlige' adfærd af væskereaktionen, holdet havde brug for at simulere de utallige mindre reaktioner i væsken. De brugte supercomputere til at køre tusindvis af turbulente flow-simuleringer, hver kræver milliarder af beregninger at fuldføre.

Ved at bruge disse simuleringer, de var i stand til at bestemme de nøjagtige parametre, der beskriver, hvordan forstyrrelsen forsvinder i flowet og fastlagt forskellige krav, som empiriske turbulensmodeller skal opfylde.

Medforfatter professor Sergei Chernyshenko, fra Department of Aeronautics i Imperial, sagde:"Fra mine første dage med at studere fluidmekanik havde jeg nogle grundlæggende spørgsmål, som jeg gerne ville vide svarene på. Dette var et af dem, og nu efter 40 år har jeg svaret."