强大的模拟解决了重要的物理问题

放大字体  缩小字体 2022-09-22 12:56  浏览次数:

Powerful simulation solves vital physics problem

佛罗里达大学(University of Florida)的HiPerGator超级计算机是迄今为止最密集的应用之一,佛罗里达大学的工程师们忠实地再现了热空气沿墙上升时的湍流和复杂性——这是以前不可能的模拟,可应用于家庭消防安全和供暖和制冷。

由于空气运动的复杂性,过去不可能对所谓的热壁羽流进行如此细粒度和详细的模拟。但由于HiPerGator的90%的人工智能集群在几天内被专门使用,佛罗里达大学工程学教授Sivaramakrishnan Balachandar领导的研究团队能够跟踪亚毫米级别的空气扭曲和旋转的湍流漩涡。

Balachandar说:“我们几乎使用了整个HiPerGator AI集群来解决一个问题,这个问题迄今为止在我们的社区还没有解决到这种详细程度。”“湍流是科学和工程领域的重大挑战之一。湍流对我们的影响无处不在,从飞机性能到飓风轨迹和火山羽流。”

当热的、有浮力的空气沿垂直表面上升时,就会产生热壁羽流。这一过程发生在房屋火灾期间,如果不加以控制,火势会迅速蔓延。但是,当加热或冷却的空气沿着室内空间的墙壁上升或下沉时,每天都会发生破坏性较小的热壁羽流。非常相似的过程解释了泥石流和带着泥沙的水流——流柱转向一边。

许多科学家已经对热羽流进行了实验研究,但这需要建造昂贵的测试场地,而且受限于可以放置在墙上的传感器的数量。这些传感器还会影响正在进行的测量,使数据变得模糊。

热壁羽流的计算机模型解决了现实世界实验中的许多问题,但在日常计算机上运行的那种模拟是模糊的和低分辨率的。巴拉昌达的团队完成的毫米到毫米的测量需要强大的超级计算机的资源。

研究人员设计了他们的模拟,以复制真实家庭中的空气运动。实际上,他们沿着踢脚板在墙底引入暖空气,观察它随着时间的推移而上升。模拟的房子有垂直的墙壁和不同坡度的屋顶线,热气流沿着这些线发展,就像真正的房子一样。

Balachandar说,与现实世界的实验和理论一起,这类模拟形成了科学发现的主要支柱。

“通过计算机,我们解决了自然母亲的问题,计算机模拟给了我们前所未有的进入内部发生的所有细节的机会。通过我们的模拟,我们可以进入墙羽,看到每一个角落和缝隙,”Balachandar说。

总的来说,研究人员追踪了近1000亿个成分,如速度、压力和温度,超过25万个瞬间。这项工作需要HiPerGator AI集群140个节点中的125个节点。每个节点上有8个gpu和128个cpu,每个cpu执行不同的计算。Balachandar的团队优化了他们的代码,使其在为AI集群节点提供动力的NVIDIA gpu上运行,进一步提高了模拟的性能。

这些详细的模拟也可以用于实际应用。例如,工程师使用更简单的模型——可能包含错误的假设——来帮助他们设计和理解家庭供暖系统或消防规范。改进这些模型可以使这些设计更好。

“现在我们可以测试现有的模型,找出它们的不足之处。我们计划使用人工智能来分析我们的tb级数据,并帮助我们开发更好的模型供人们使用。”

热门搜索排行
声明:本站信息均由用户注册后自行发布,本站不承担任何法律责任。如有侵权请告知,立即做删除处理。
违法不良信息举报邮箱
晋ICP备17002844号
中国互联网举报中心