阿贡对内燃机内部流动进行大规模模拟

据外媒报道，美国能源部阿贡国家实验室的科学家对内燃机内部流动过程进行了有史以来最大规模的计算机模拟，帮助汽车制造商设计出更环保的发动机。阿贡能源系统计算多物理小组经理Sibendu Som说：“这是重要的里程碑之一，阿贡还会有更多这样的里程碑

大约一年半前，Som和阿贡ES运输研究中心的科学家Muhsin Ameen提出了进行直接数值模拟的想法，以准确了解内燃机内部的所有湍流尺度。然而，Ameen表示，在真正进行模拟之前，必须进行小规模的操作，以确保最大规模的模拟过程能够按计划进行。通过模拟提供更详细的湍流视图，可以为汽车制造商评估几种发动机设计并确定最佳设计理念提供依据。然而，他们的资源是有限的。大规模模拟需要更大更好的资源，例如美国能源部科学用户设施办公室阿贡领导计算设施的Theta超级计算机。Ameen和Som与阿贡计算科学部门的助理计算科学家Saumil Patel合作，请求Patel在预处理和后处理以及开发算法方面提供帮助。2019年夏天，在Patel的帮助下，Ameen通过美国能源部高级科学计算研究办公室领导了计算挑战项目，并获得了使用Theta计算的时间。Theta的计算是使用Argonne的流体热模拟代码Nek5000进行的。1999年，该代码因其在高性能并行计算机上的出色可扩展性而获得戈登·贝尔奖。目前，Nek5000主要由阿贡公司开发，可以扩展到数百万个处理器。新版本的NekRS正在开发中，目标是成为基于加速器的机器，并得到高效的外部扩展离散中心的支持。在开发当前计算的早期阶段，研究人员咨询了Nek5000的首席设计师Paul Fischer。Fische是阿贡大学数学与计算机科学系的高级科学家，也是伊利诺伊大学香槟分校计算机科学与机械科学与工程系的教授。科学家们对Nek5000进行了调整，以改进燃烧模型。经过多年的工作，内燃机内部流动的直接数字模拟终于在今年春天完成。Ameen说：“目前的模拟工作是首次对内燃机内部的流动和传热进行直接数值模拟，旨在逼真地模拟发动机的几何形状和运行条件。”这种模拟需要在Theta超级计算机的51328个核心上获得20亿个自由度，以跟踪速度、压力、，和温度。这是迄今为止内燃机内部流动最详细的模拟之一， “Ameen说。根据目前的工作生成的DNS数据集将在几个方面对汽车制造商有用。有关发动机内部速度、压力和温度分布的详细信息将阐明气缸中的过程，这是实验或低保真度模拟无法实现的。此外，该数据集将作为模拟基准，指导在评估和提高工程子模型的准确性方面发挥着重要作用。这项研究也可能有利于重型发动机公司。

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