Ordinateurs dans le service de simulation
Dernièrement, ils simulent les modèles à l'aide d'ordinateurs. Ils demandent des ordinateurs de plus en plus puissants pour que la simulation ressemble davantage à la réalité.
Modéliser est de représenter le comportement des phénomènes réels comme expression théorique ou mathématique. La résolution de cette déclaration simule le comportement naturel de la réalité.
Les sensations numériques sont souvent plus appropriées que les expériences physiques pour tester des idées et il ne faut pas oublier que les superordinateurs ont une énorme capacité de résoudre des problèmes complexes.
Par conséquent, les ordinateurs sont très appropriés pour une utilisation dans des simulations, mais surtout dans les cas suivants:
- Faire un modèle quand il est très cher.
- Lorsque le temps réel d'essai est un obstacle (dans la météo, par exemple).
- Recherche de phénomènes de grandes dimensions (gisements de pétrole sous-marins, etc.) ). ).
- Quand il est difficile d'installer des compteurs (par exemple, dans la recherche du piston moteur à explosion).
Bien sûr, un ordinateur de grande capacité est coûteux. Il peut coûter vingt millions de dollars, mais les chercheurs peuvent mettre leurs problèmes à travers la dynamique des fluides (F.D.O.) L'outil est rentable quand il est résolu. Le FDO simule le comportement des fluides (gaz ou liquides), en résolvant numériquement les équations de base du mouvement des fluides.
Les processus physiques présents dans le comportement des fluides se produisent à très faible échelle ou niveau. Ainsi, la FDO divise la zone des fluides en milliers de petites cellules informatiques et résout les équations de chaque cellule. Au moment de décider du nombre de cellules, différents facteurs sont pris en compte: le phénomène étudié, la complexité de la géométrie du phénomène, la précision nécessaire, la capacité de mémoire de l'ordinateur, la vitesse de résolution des calculs, etc.
La description précise du phénomène naturel nécessite une simulation tridimensionnelle qui prévoit l'action du comportement physique dans les trois directions spatiales. Cela signifie que la mémoire principale de l'ordinateur doit être très grande et que le temps de calcul est également long.
La simulation en deux dimensions est moins complexe et peut être effectuée plus rapidement. C'est pourquoi il est fait plusieurs fois comme première approximation. Cependant, lorsqu'il s'agit de réaliser des calculs précis de géométrie complexe, seuls les ordinateurs géants sont capables de réaliser des calculs de simulation à une vitesse acceptable. Ils sont utilisés pour analyser le comportement complexe des fluides pendant leur conception en automobile, naval et aviation. Des entreprises comme Jaguar en Grande-Bretagne, Mazda k au Japon ou General Motors aux USA utilisent ces techniques pour étudier les caractéristiques aérodynamiques de leurs véhicules. Ces études de simulation visent à augmenter la performance du carburant, améliorer la stabilité à des vitesses de translation élevées, préserver la sécurité et l'esthétique, etc.
Les premiers concepteurs calculaient l'aérodynamique et la stabilité des véhicules dans des tunnels à vent. Pour cela, il faut beaucoup de temps et le système est coûteux en raison de grandes installations. Au contraire, le superordinateur avec logiciel FDO peut se passer de cette approche.
Il est très difficile de simuler l'aérodynamique de l'automobile. En fait, la géométrie du véhicule est complexe et les tourbillons d'air tridimensionnels. En outre, les chercheurs doivent tenir compte de l'influence du sol sur toute simulation de fluides, ce qui est très difficile à étudier expérimentalement.
Selon les calculs réalisés avec un superordinateur, les résultats suggèrent que les concepteurs peuvent réduire la résistance de l'air en améliorant le courant d'air sous le véhicule. Il a également été indiqué que le mouvement du trottoir affecte la stabilité du véhicule. Les chercheurs peuvent simuler le comportement des fluides en trois dimensions en utilisant des réseaux contenant des millions de cellules dans leurs simulations, obtenant seulement des données exactes de résistance et de stabilité à l'air.
L'application industrielle la plus courante du FDO est la recherche aérodynamique. Grâce aux superordinateurs de dernière génération, les chercheurs peuvent aujourd'hui simuler des fluides visqueux dans tout le fuselage des avions.
C'est un problème à considérer dans la simulation à l'aide de ces ordinateurs. Cependant, parfois ce n'est pas le seul facteur. Il y a des phénomènes qui ont lieu sur une très longue échelle de temps, et si ce temps n'est pas résumé avec une simulation par ordinateur, le chercheur n'a aucune solution.
Pour simuler des processus dynamiques dans l'atmosphère (par exemple dans la prédiction du temps), il faut tenir compte de facteurs tels que la thermodynamique, l'humidité, la continuité, l'hydrostatique, etc. Les chercheurs fragmentent la partie de l'espace qu'ils veulent étudier dans des milliers de cellules qui s'étendent sur les réseaux horizontaux et les couches verticales.
La capacité des superordinateurs actuels permet de traiter toutes les quinze minutes les petites cellules carrées de cent kilomètres de long et un kilomètre de haut. Ces processus physiques du temps peuvent également être étudiés dans des zones restreintes à moindre échelle, sur la base de sous-modèles.
Dans la simulation numérique du temps peuvent exister deux objectifs différents:
- Prédictions à court terme
- Prédictions à long terme
Les météorologues ont commencé à utiliser des modules climatiques pour étudier l'influence de l'activité humaine sur le climat : pluie acide, vent nucléaire, effets de serre, etc. Pour simuler ces phénomènes, les superordinateurs ont besoin de beaucoup de temps, même s'ils sont de grande capacité.
La simulation par ordinateur convient également à l'exploitation de réserves de pétrole et de gaz. Dans les cas les plus simples, les réserves présentent des couches différentes de perméabilité constante. D'autres fois, les caractéristiques varient d'un bloc à l'autre. La procédure normale consiste à injecter du gaz, de l'eau ou de l'eau et du détergent à la réserve sous pression pour faciliter la libération du pétrole. Tout cela peut être simulé par ordinateur quelques heures.
Dans le monde industriel et technique, on trouve de plus en plus d'applications à la simulation par ordinateur. Et ce n'est pas surprenant. Il n'y a qu'à voir les progrès que les ordinateurs ont subi dans la boîte ci-jointe.
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