Estudiante adapta tecnología de juegos para simular 'flujos de fluidos violentos'

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Un estudiante de la Universidad de Manchester tiene utilizó la tecnología de juegos de computadora para desarrollar software capaz de generar simulaciones de ingeniería a gran escala.

Estas simulaciones podrían ayudar al mundo a satisfacer su creciente necesidad de energía renovable.

"Las motivaciones originales para este proyecto provienen del hecho de que con las demandas de energía renovable en los últimos años, una proporción de eso se encontrará con la energía marina", dijo Alex Chow, estudiante de doctorado de Manchester. Escuela de Ingeniería Mecánica, Aeroespacial y Civil.

"Así que hay un requisito para que los ingenieros diseñen estructuras (turbinas eólicas, convertidores de energía de las olas, embarcaciones / barcos para transportar estos, etc.) que recolectarán esta energía en los entornos marinos", continuó.

“Estos ambientes pueden ser muy violentos e impredecibles. Así que para ahorrar dinero, tiempo y mano de obra al probar estas estructuras masivas en el sitio o en una instalación, se emplean simulaciones científicas por computadora ".

Chow utilizó unidades de procesamiento gráfico (GPU), la tecnología tradicionalmente utilizada para crear imágenes realistas en videojuegos, para crear simulaciones a gran escala de "flujos de fluidos violentos". Esto incluye simulaciones de fuertes olas que se estrellan en aerogeneradores marinos para predecir el daño potencial a las turbinas.

GPU ha surgido recientemente como una gran herramienta para acelerar las simulaciones científicas. Puede ejecutar algunas aplicaciones más de 100 veces más rápido que las computadoras convencionales.

Las simulaciones por ordenador complejas y precisas se realizan tradicionalmente en una "supercomputadora".

En lugar de tener una sola unidad informática, como una computadora estándar, una GPU tiene miles de ellas. Esto es necesario porque las simulaciones grandes, como esta, tienen miles de millones de cálculos y millones de puntos de datos.

Si bien las supercomputadoras han demostrado ser efectivas, son extremadamente costosas, consumen mucha energía y solo están disponibles para científicos e investigadores selectos.

Las GPU son mucho más económicas, energéticamente eficientes y más pequeñas que las supercomputadoras tradicionales necesarias para realizar estas complejas simulaciones por computadora. Las supercomputadoras pueden requerir una sala o instalación completa para encajarlas, pero las GPU a veces son lo suficientemente pequeñas como para caber dentro de una computadora portátil.

"El uso de este tipo de tecnología reduce los costos de simulaciones científicas complejas de cientos de miles de libras a solo un par de miles", dijo Chow en un comunicado.

"Una ventaja es que la mayoría de los investigadores y las pequeñas empresas de ingeniería pueden costear una computadora portátil o computadora relativamente poderosa con una GPU de calidad, lo que hace que este tipo de simulación e investigación sean aún más accesibles".

Para simular flujos de fluidos complejos y violentos, Chow desarrolló un software de computadora para el método de simulación científica "Hidrodinámica de partículas alisadas incompresibles" (ISPH).

Los métodos de simulación tradicionales dentro del ámbito de la dinámica de fluidos computacional (CFD) utilizan una malla / cuadrícula para representar el área de simulación.

"Estos suelen ser muy buenos para una amplia gama de aplicaciones", dijo Chow.

"Pero cuando se trata de flujos violentos de fluidos de superficie libre, donde el agua exhibe grandes deformaciones y puede fragmentarse, estos métodos tradicionales basados ​​en malla de CFD no pueden manejarlos demasiado bien".

ISPH "no usa una malla y es más adecuado para simular las características de los flujos de fluidos violentos", explicó Chow.

El nuevo código desarrollado por Chow puede computar millones de puntos de datos en un solo dispositivo para aplicaciones de ingeniería 3D.

El método de Chow servirá como una gran herramienta, ya que aumenta la necesidad de energía renovable.

"La cantidad de energía producida a partir de entornos marinos está aumentando a medida que el mundo trata de cumplir los objetivos energéticos del mundo, pero el ambiente oceánico puede ser muy violento y duro, por lo que diseñar estructuras para estos entornos de manera eficiente es una tarea difícil", dijo Chow en una entrevista. declaración.

“Usar experimentos físicos puede ser extremadamente impráctico y no representativo del problema. Estas simulaciones permiten a los ingenieros e investigadores tomar decisiones importantes sobre el diseño de una estructura sin tener que invertir en visitas al sitio y experimentos costosos ".

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