Computadores no servizo de simulación
1989/01/01 Bardino von, K. Iturria: Elhuyar aldizkaria
Modelizar é representar o comportamento dos fenómenos reais como expresión teórica ou matemática. A resolución desta declaración simula o comportamento natural da realidade.
As sensacións numéricas son a miúdo máis apropiadas que os experimentos físicos paira probar ideas e non hai que esquecer que os supercomputadores teñen una enorme capacidade paira resolver problemas complexos.
Por tanto, os computadores son moi apropiados paira o seu uso en simulacións, pero sobre todo nos seguintes casos:
- Facer un modelo cando é moi caro.
- Cando o tempo real de ensaio é un obstáculo (na predición meteorolóxica, por exemplo).
- Investigar fenómenos de grandes dimensións (xacementos de petróleo submarinos, etc.). ).
- Cando é difícil instalar medidores (por exemplo, na investigación do pistón motor de explosión).
Por suposto, un computador de gran capacidade é caro. Pode custar vinte millóns de dólares, pero os investigadores poden pór os seus problemas a través da dinámica dos fluídos (F.D.Ou.) A ferramenta é rendible cando a resolven. O FDO simula o comportamento de fluídos (gases ou líquidos), resolvendo numericamente as ecuacións básicas do movemento dos fluídos.
Os procesos físicos presentes no comportamento dos fluídos prodúcense a escala ou nivel moi baixo. Por iso, a FDO divide a área de fluídos en miles de pequenas células computables e resolve as ecuacións de cada célula. Á hora de decidir o número de células téñense en conta diferentes factores: o fenómeno estudado, a complexidade da xeometría do fenómeno, a precisión necesaria, a capacidade de memoria do computador, a velocidade de resolución de cálculos, etc.
A descrición precisa do fenómeno natural require una simulación tridimensional na que se prevé a acción do comportamento físico nas tres direccións espaciais. Isto significa que a memoria principal do computador debe ser moi grande e que o tempo de cálculo tamén é longo.
A simulación en dúas dimensións é menos complexa e pódese realizar máis rápido. Por iso faise moitas veces como primeira aproximación. Con todo, cando se trata de realizar cálculos precisos de xeometría complexa, só os computadores xigantes son capaces de realizar os cálculos de simulación a unha velocidade aceptable. Utilízanse paira analizar o comportamento complexo dos fluídos durante o seu deseño en automoción, naval e aviación. Empresas como Jaguar en Gran Bretaña, Mazda k en Xapón ou General Motors en EEUU están a utilizar estas técnicas paira investigar as características aerodinámicas dos seus vehículos. Mediante estes estudos de simulación preténdese aumentar o rendemento do combustible, mellorar a estabilidade a altas velocidades de translación, preservar a seguridade e a estética, etc.
Os primeiros deseñadores calculaban a aerodinámica e estabilidade dos vehículos en túneles de vento. Paira iso necesítase moito tempo e o sistema é caro debido ás grandes instalacións. Pola contra, o supercomputador con software FDO pode prescindir desta formulación.
É moi difícil simular a aerodinámica do automóbil. De feito, a xeometría do vehículo é complexa e os remolinos de aire tridimensionales. Ademais, os investigadores deben ter en conta a influencia do pavimento en calquera simulación de fluídos, o que resulta moi difícil de investigar experimentalmente.
Segundo os cálculos realizados con supercomputador, os resultados suxiren que os deseñadores poden reducir a resistencia do aire mellorando a corrente de aire baixo o vehículo. Tamén se indicou que o movemento do pavimento afecta á estabilidade do vehículo. Os investigadores poden simular o comportamento dos fluídos en tres dimensións mediante o uso de redes que conteñen millóns de células nas súas simulacións, obtendo só así datos exactos de resistencia e estabilidade ao aire.
A aplicación industrial máis habitual do FDO é a investigación aerodinámica. Mediante supercomputadores de última xeración, os investigadores poden hoxe en día simular fluídos viscosos en todo o fuselaje dos avións.
É un problema a ter moi en conta na simulación mediante estes computadores. Con todo, ás veces non é o único factor. Hai fenómenos que levan a cabo a unha escala de tempo moi longa, e si non se resume ese tempo cunha simulación por computador, o investigador non ten ningunha solución.
Á hora de simular procesos dinámicos na atmosfera (por exemplo, na predición do tempo) hai que ter en conta factores como a termodinámica, a humidade, a continuidade, a hidrostática, etc. Os investigadores fragmentan a parte do espazo que queren estudar en miles de celas que se estenden en redes horizontais e capas verticais.
A capacidade dos supercomputadores actuais permite tratar cada quince minutos as pequenas celas cadradas de cen quilómetros de lonxitude e un quilómetro de alto. Estes procesos físicos do tempo poden estudarse tamén en zonas restrinxidas a menor escala, tomando como base submodelos.
Na simulación numérica do tempo poden existir dous obxectivos diferentes:
- Predicións a curto prazo
- Predicións a longo prazo
Os meteorólogos empezaron a utilizar módulos climáticos paira estudar a influencia da actividade humana no clima: choiva aceda, vento nuclear, efectos invernadoiro, etc. Paira simular estes fenómenos, os supercomputadores necesitan moito tempo, aínda que sexan de gran capacidade.
A simulación por computador tamén é moi adecuada paira a explotación de reservas de petróleo e gas. Nos casos máis simples, as reservas presentan capas diferentes de permeabilidade constante. Outras veces as características varían dun bloque a outro. O procedemento normal consiste en inxectar gas, auga ou auga e deterxente á reserva a presión paira facilitar a liberación do petróleo. Todo iso pódese simular por computador unas poucas horas.
No mundo industrial e técnico atópanse cada vez máis aplicacións á simulación por computador. E non é de estrañar. Non hai máis que ver os avances que sufriron os computadores no cadro adxunto.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
