محاكاة ثورية للمياه: تضع TUM معايير جديدة في تكنولوجيا السوائل!

محاكاة ثورية للمياه: تضع TUM معايير جديدة في تكنولوجيا السوائل!

الباحثون في جامعة ميونيخ التقنية (TUM) لقد طوروا طريقة رائدة لمحاكاة واقعية للمياه. تأخذ هذه التقنية المبتكرة في الاعتبار التفاعل بين الماء والهواء وتهدف إلى تمثيل حركة السوائل بشكل أكثر دقة. وهذا مهم بشكل خاص لحماية المناطق الساحلية، حيث يمكن الآن حساب عمليات المحاكاة الواقعية لحركات الأمواج المعقدة بكفاءة على أجهزة الكمبيوتر المتاحة تجارياً.

غالبًا ما تكافح تقنيات الرسومات الحاسوبية التقليدية لتمثيل التفاعلات بين الماء والهواء بشكل مناسب. العديد من الحلول ركزت فقط على الماء والهواء المهمل. طريقة جديدة يتيح الآن تمثيلًا متساويًا لكلتا المرحلتين ويمكنه أيضًا عرض تفاصيل مثل الهباء الجوي والاضطرابات الجوية بشكل أكثر واقعية.

أهمية التدفق على مرحلتين

إن محاكاة التدفقات ثنائية الطور، أي السوائل التي لا تختلط مع بعضها البعض، لها أهمية حاسمة في العديد من المجالات. وتشمل هذه، من بين أمور أخرى، إنتاج النفط والأدوية وتصنيع الأغذية. وكانت الطرق العددية التقليدية لمحاكاة مثل هذه التدفقات في كثير من الأحيان معقدة ومملة. الطريقة الجديدة تستخدم طريقة شعرية بولتزمان (LBM) لمحاكاة ديناميكيات الموائع على المستوى المجهري.

من خلال الجمع بين LBM ونهج مجال الطور، من الممكن زيادة دقة عمليات المحاكاة بشكل كبير وفي نفس الوقت تقليل التعقيد الرياضي. لا تتطلب الطريقة اشتقاقات واضحة، مما يجعل الحساب أكثر كفاءة. ويستخدم معلمة ترتيب تشير بوضوح إلى المكان الذي ينتهي فيه أحد السائلين ويبدأ الآخر.

أمثلة التطبيق وتقييم الأداء

تتيح الطريقة الجديدة مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية:

• Statische Tropfensimulation: Ein statischer Tropfen kann simuliert werden, wobei seine Form bis zur Stabilität verändert wird.
• Rayleigh-Taylor-Instabilität: Simulation von Flüssigkeiten unterschiedlichen Dichten unter Einfluss der Schwerkraft.
• Aufsteigende Blasensimulation: Simulation des Verhaltens einer Blase in einer dichteren Flüssigkeit.
• Tropfenzerfall in einem Wirbel: Simulation eines Tropfens in einer wirbelnden Umgebung zeigt, dass die neue Methode trotz irregulärer Strukturen angemessene Genauigkeit bietet.

تم اختبار الطريقة على منصات حوسبة مختلفة، بما في ذلك وحدات معالجة الرسومات. وتظهر النتائج تحسنا كبيرا في الأداء، وخاصة بالنسبة لأنظمة الحوسبة المتوازية، مما يزيد من الكفاءة. يمكن للعمل المستقبلي تحسين الطريقة في سيناريوهات أكثر تعقيدًا.

في ديناميات الموائع الحسابية (CFD)، تتيح التطورات الجديدة مثل هذه إحداث ثورة في حساب تدفقات الموائع. ومع تطبيقات تتراوح بين تحسين المركبات وتصميم الآلات بكفاءة في استخدام الموارد، تُظهر هذه الطريقة الجديدة تقدمًا واعدًا نحو نماذج أكثر دقة وابتكارات تكنولوجية.