超级计算机主导有史以来最大的内燃机流仿真

2020-07-27 14:11:28 朱明劲 22

景派科技丨超算丨HPC

发动机流量模拟显示了力和气体在发动机内的运动方式,对于提高发动机性能和效率至关重要。它们非常复杂,必需的流量计算证明非常昂贵,以至于大多数发动机模拟在任何给定时间仅代表发动机系统的一个或两个元素。现在,来自实验室的研究人员已经应用了超级计算能力来突破这些过程的极限,对内燃机内部的流动进行了有史以来最大的模拟。

该模拟由Argonne的计算多物理小组的研究科学家Muhsin Ameen进行的。 

多年来,他们对内部流体热模拟代码Nek5000进行了改装,该代码在1999年获得了享有盛誉的戈登·贝尔奖,用于对发动机进行直接数值模拟。在这段时间里,他们进行了一系列小型模拟,为打破纪录的尝试做准备。该代码的首席架构师Paul Fischer,在仿真开发的早期就被咨询了。

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模拟的快照


目前的仿真工作是针对真实发动机几何形状和运行条件的内燃机内部流动和传热的首次直接数值仿真,这是内燃机中有史以来最详细的模拟之一。最终,年初他们在Argonne的Theta超级计算机上进行了完整的仿真。Theta是一种Cray XC40系统,包含4,392个节点,每个节点都具有64核Intel Xeon Phi Knights Landing CPU,16GB多通道DRAM和192GB DDR4内存。Theta总共提供了大约6.9个Linpack petaflops,在最新发布的全球功能最强的计算机500强中排名第34。他们二人在51,328个Theta核心上进行了仿真,以解决计算的20亿自由度,这些自由度共同确定了压力和温度等元素。

除了打破记录,模拟产生的数据可能被证明对发动机驱动的行业有用。汽车制造商将受益于有关发动机内力分布的极其详细的信息,并且模拟数据集还将能够用作子模型和其他较低细节近似的基准。 

当前的仿真工作是对内燃机内部的流动和传热进行的首次直接数值仿真,用于真实的发动机几何形状和运行条件。

当前工作生成的DNS数据集将以多种方式对汽车制造商有用。有关发动机内速度,压力和温度分布的详细信息将阐明无法进行实验或低保真度模拟的缸内过程。此外,该数据集将用作模拟基准,引擎建模人员可以使用该基准来评估和改善工程子模型的准确性。

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