Türbülans şokla karşılaşıyor

Türbülans şokla karşılaşıyor

Sosyal medyada Paylaş

Türbülans şokla karşılaşıyor

Ortalama termodinamik büyüklükler, şok yapısı ve amplifikasyon faktörlerinin türbülanslı atlamaları anlamak için Stampede2 süper bilgisayarı kullanılarak yeni bir teorik çerçeve geliştirildi ve test edildi. Türbülans bu görüntüde soldan gelir, şoka çarpar ve alanı sağdan bırakır. Bu üç boyutlu resim, enstrofinin yapısını gösterir ve gri renkte şok ile yerel Mach sayısına göre renklendirilir. Kredi: Chang-Hsin Chen, TAMU.

Yeterince hızlı hareket ediyorsanız, bu bir şok olarak gelebilir. Şok şok dalgalarıdır. Balonun 'pop'u, balonun patlayan bitlerinin ses hızından daha hızlı hareket etmesi sonucu oluşan şok dalgalarıdır. Süpersonik uçaklar şok dalgalardan da daha yüksek sesle ses çıkarıyor. Evrenin uzağında, çökmekte olan bir yıldız, yıldız süpernovaya giderken ışık hızına yakın yarışan parçacıklardan şok dalgaları üretir. Bilim adamları, şok dalgaları ile etkileşime giren çalkantılı akışları daha iyi anlamak için süper bilgisayarları kullanıyor. Bu anlayış süpersonik ve hipersonik uçakların geliştirilmesinde, daha verimli motor ateşlemesinin yanı sıra süpernova patlamalarının gizemlerini, yıldız oluşumunu ve daha fazlasını araştırmaya yardımcı olabilir.

Texas A&M Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü'nde doçent olan Diego Donzis, “Şok türbülansı etkileşimlerinin anlaşılabileceği bir dizi yeni yöntem önerdik” dedi. Donzis, 2019 yılının Mayıs ayında yayınlanan “Yüksek Türbülans Yoğunluklarında Şok-Türbülans Etkileşimleri” çalışmasını ortak olarak yazdı. Akışkanlar Mekaniği Dergisi. Donzis, "Şokun süreksizlik olarak ele alınması yerine, örneğin, amplifikasyon faktörlerinde yönetsel bir parametre olarak rol oynayabilecek gerçek hayatta olduğu gibi sonlu kalınlığını hesaba katması gerektiğini önerdik," dedi.

Şok türbülans etkileşimleri için baskın teorik çerçeve, Herbert Ribner tarafından Ontario, Toronto Üniversitesi'nde geliştirilen 1950'lere kadar uzanır. Çalışmaları türbülans anlayışını destekledi ve şoku gerçek bir süreksizlik olarak kabul eden doğrusal, görünmez bir teoriyle etkileşimi şok etti. Böylece tüm problem matematiksel olarak izlenebilir olan bir şeye indirgenebilir, burada sonuçlar sadece şokun Mach sayısına bağlıdır, bir vücudun hızının çevresindeki ortamdaki ses hızına oranı. Türbülans şoktan geçtiği için, Mach sayısına bağlı olarak tipik olarak yükseltilir.

Donzis ve arkadaşları tarafından yapılan deneyler ve simülasyonlar, bu amplifikasyonun, türbülansın ne kadar güçlü olduğunun bir ölçüsü olan Reynolds sayısına ve türbülanslı Mach sayısına da bağlı olduğunu ileri sürdü. Donzis, "Bunların hepsini tek bir parametrede birleştiren bir teori önerdik" dedi. “Ve birkaç yıl önce bu teoriyi önerdiğimizde, bu fikirlerden bazılarını test etmek için çok yüksek çözünürlükte iyi çözülmüş verilerimiz yoktu.”

Texas University of Austin'in bir parçası olan Texas Advanced Computing Center'da 18 petaflop süper bilgisayarı olan Stampede2'ye girin. Stampede2, ABD'de, sonuçların serbestçe erişilebilir olduğu açık bilim araştırmaları için en güçlü bilgisayardır. Donzis, Extrede Bilim ve Mühendislik Keşif Ortamı olan XSEDE ile Stampede2'de hesaplanma süresi kazandı. Stampede2 ve XSEDE, Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilmektedir.

“Stampede2'de, farklı şartlarda, özellikle yüksek türbülans yoğunluğu seviyelerinde, küçük ölçeklerde çözünürlük açısından tipik olarak bulunanların ötesinde bir gerçekçilik derecesi ile, farklı koşullarda, özellikle yüksek türbülans yoğunluğu seviyelerinde çok büyük bir veri kümesi çalıştırdık. Donzis, kullandığımız düzen sırasına göre, "dedi. “Stampede2 sayesinde, sadece amplifikasyon faktörlerinin nasıl ölçeklendiğini göstermiyoruz, aynı zamanda hangi koşullarda Ribner'ın teorisinin beklemesini beklediğimizi ve daha önce önerilen ölçeklendirmemizin hangi koşullar altında daha uygun olduğunu göstermeliyiz.”

Çalışma lideri yazar Chang Hsin Chen, “Şokun yapısına da baktık ve son derece çözülmüş simülasyonlar aracılığıyla türbülansın şokta nasıl delik oluşturduğunu anlayabildik. Bu, ancak bunun sağladığı hesaplama gücü nedeniyle mümkün oldu. Stampede2." Chen, Texas A&M Üniversitesi'ndeki Ulusal Aerothermochemistry Laboratory'de doktora sonrası araştırmacıdır. Araştırmaları, sıkıştırılabilir türbülans ve şok dalgaları ve yüksek performanslı hesaplamalı akışkanlar dinamiği üzerine odaklanmaktadır.

Türbülans şokla karşılaşıyor

Şok türbülans çalışması, Stampede2 süper bilgisayarı ile gösterilen Chang Hsin Chen (L) ve Diego Donzis'i (R) birlikte yazarlar. Kredi: TACC

Donzis, "Stampede2'nin bazılarını şimdiye dek görülmemiş düzeyde gerçekçilik, özellikle de türbülanslı akışların çok küçük ölçeklerinde süreçleri incelemek için ihtiyaç duyduğumuz küçük ölçekli çözünürlükte simülasyonlar çalıştırmamıza izin verdiğini de ileri sürdü. Makinenin ya da daha fazlası ve bazen kaçmaları aylar alıyor. "

Üstelik, bilim adamları, aynı zamanda, madde bir şokta hareket ettikçe basınç ve sıcaklıktaki ani değişiklikler olan sözde şok sıçramalarını da araştırdılar. Donzis, "Bu çalışmada, örneğin, gelen akış türbülanslı olduğunda başka bir sabit şokun neden hareket etmeye başladığını anlamak için yeni bir teorik çerçeve geliştirdik ve test ettik." Dedi. Bu, gelen türbülansın şoku derinden değiştirdiği anlamına gelir. “Teori tahmin ediyor ve Stampede2'deki simülasyonlar, basınç sıçramalarının değiştiğini ve gelen akış türbülanslı olduğunda bunu nasıl yaptıklarını onaylıyor. Bu, Ribner tarafından seminal çalışmalarında hesaba katılmamış bir etki, ancak şimdi yapabiliriz. nicel olarak anlayın, "dedi Donzis.

Türbülans şoklarla karşılaştığında anlayışı geliştirmek kolay olmadı. Yüksek Reynolds sayısında bir şokun keskin gradyanlarını yakalamak için milyarlarca ızgara noktası sırasına göre aşırı çözünürlük gerekir. “Stampede2 ya da bu konuda herhangi bir bilgisayarda parametre aralığını ne kadar zorlayabildiğimizle sınırlı olsak da, bu parametre alanında daha önce yapılanların ötesinde parametre aralıklarını kapsayan çok büyük bir alanı kapsadık” Donzis dedi.

Giriş / çıkış (G / Ç) de verileri çok büyük çekirdek sayıları ile diske yazarken zorlayıcı olduğu ortaya çıktı. Donzis, "Bu, XSEDE'den Genişletilmiş İşbirlikçi Destek Hizmetlerinden (ECSS) yararlandığımız ve stratejimizi başarıyla optimize edebildiğimiz bir örnektir" dedi. “Simülasyonlarımızın boyutunu yeni stratejiyle artırmaya devam edebileceğimize ve G / Ç'yi makul bir hesaplama pahasına kullanmaya devam edebileceğimize eminiz.”

Donzis, yıllarca Teragrid olarak adlandırılan ve Pittsburgh Süper Hesaplama Merkezi'ndeki LeMieux sistemiyle başlayan grubunun kodlarını geliştirmek için kullandığı XSEDE'ye yabancı değil; San Diego Süper Bilgisayar Merkezinde Mavi Ufuk; Hesaplamalı Bilimler Ulusal Enstitüsü'nde Kraken; ve şimdi TACC'de Stampede1 ve Stampede2'de.

“Bugün elde ettiğimiz başarıların bir kısmı, XSEDE ve Teragrid’in bilimsel toplum için sürekli desteğinden kaynaklanıyor. Bugün yapabileceğimiz araştırma ve tüm başarı öykülerinin bir kısmı sürekli bağlılığın bir sonucu. Gelecekte karşılaşabileceğimiz ve gelecekte karşılaşabileceğimiz en büyük bilimsel ve teknolojik zorluklarla başa çıkmamızı sağlayan bir siber altyapıyı sürdürmek için bilimsel topluluk ve fon kuruluşları tarafından, bu sadece grubum için değil, belki de bilimsel bilgi işlem için de geçerlidir. ABD’deki topluluk. XSEDE projesinin ve seleflerinin bu anlamda muazzam bir destekleyici olduğuna inanıyorum "dedi.

Donzis, yüksek performanslı bilgi işlem alanındaki (HPC) gelişmelerin doğrudan tüm toplum için faydalara dönüşeceğine inanan bir firmadır. "HPC'deki herhangi bir etki, ulaşım, endüstriyel süreçler, üretim, savunma, temel olarak sıradan insanların günlük yaşamlarında yankılara neden olacak, çünkü hayatımızın çoğu, bir aşamada veya başka bir rakamın sayısal hesaplarından yararlanan teknoloji ürünleri ve hizmetleri ile aşılanmıştır. Ölçekler, "dedi Donzis. Türbülans anlayışındaki ilerlemeler, geniş bir uygulama yelpazesini etkilediğini de sözlerine ekledi.

Dedi Donzis: "Şok türbülans etkileşimlerinin anlaşılmasındaki gelişmeler süpersonik ve hipersonik uçuşa yol açabilir, insanları buradan birkaç saat içinde Avrupa'ya uçmaları için bir gerçeklik haline getirebilir; gözlemlenebilir evren. Cevap neden olabilir, neden buradayız? Dünya'ya göre, sıkıştırılabilir akışlardaki türbülansı anlamak, yanma verimliliği, sürükleme azaltma ve genel ulaşımda büyük gelişmelere yol açabilir. "


NASA'nın MMS'i gezegenler arası ilk şoku buldu


Daha fazla bilgi:
Chang Hsin Chen ve arkadaşları, Yüksek türbülans yoğunluklarında şok-türbülans etkileşimleri, Akışkanlar Mekaniği Dergisi (2019). DOI: 10.1017 / jfm.2019.248

Tarafından sunulan
Austin, Teksas Üniversitesi


alıntı:
                                                 Türbülans şokla karşılaşıyor (2019, 9 Ağustos)
                                                 11 Ağustos 2019 tarihinde alındı
                                                 https://phys.org/news/2019-08-turbulence.html adresinden

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amacıyla yapılan herhangi bir dürüst işlem dışında,
                                            Bölüm, yazılı izin olmadan çoğaltılabilir. İçerik sadece bilgi amaçlıdır.

Kaynak

admin

Talebemektebi bir sevdanın hikayesi

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir