Ein Student der University of Manchester hat Computerspieltechnologie verwendet, um Software zu entwickeln in der Lage, groß angelegte technische Simulationen zu erstellen.
Diese Simulationen könnten der Welt helfen, ihren wachsenden Bedarf an erneuerbarer Energie zu decken.
„Die ursprüngliche Motivation für dieses Projekt ergibt sich aus der Tatsache, dass mit dem Bedarf an erneuerbaren Energien der letzten Jahre ein Teil davon mit Offshore-Energie gedeckt werden wird“, sagte Alex Chow, Doktorand an der Universität Manchester Fakultät für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt und Bauingenieurwesen.
„Also müssen Ingenieure Strukturen entwerfen (Windturbinen, Wellenenergiekonverter, Schiffe/Schiffe, um diese zu transportieren usw.), die diese Energie in der Offshore-Umgebung sammeln“, fuhr er fort.
„Diese Umgebungen können sehr gewalttätig und unvorhersehbar sein. Um Geld, Zeit und Arbeitskraft beim Testen dieser massiven Strukturen vor Ort oder in einer Anlage zu sparen, werden wissenschaftliche Computersimulationen eingesetzt.“
Chow verwendete Grafikverarbeitungseinheiten (GPUs), eine Technologie, die traditionell zur Erstellung realistischer Grafiken in Videospielen verwendet wird, um groß angelegte Simulationen von „gewaltsamen Flüssigkeitsströmen“ zu erstellen. Dazu gehören Simulationen von starken Wellen, die auf Offshore-Windturbinen prallen, um mögliche Schäden an den Turbinen vorherzusagen.
GPU hat sich in letzter Zeit als ein großartiges Werkzeug herausgestellt, um wissenschaftliche Simulationen zu beschleunigen. Es kann einige Anwendungen mehr als 100-mal schneller ausführen als herkömmliche Computer.
Komplexe, genaue Computersimulationen werden traditionell auf einem „Supercomputer“ durchgeführt.
Anstatt über eine einzige Recheneinheit wie ein Standardcomputer zu verfügen, verfügt eine GPU über Tausende davon. Dies ist notwendig, da große Simulationen wie diese über Milliarden von Berechnungen und Millionen von Datenpunkten verfügen.
Obwohl sich Supercomputer als effektiv erwiesen haben, sind sie extrem teuer, verbrauchen viel Energie und stehen nur ausgewählten Wissenschaftlern und Forschern zur Verfügung.
GPUs sind viel billiger, energieeffizienter und kleiner als die herkömmlichen Supercomputer, die für diese komplexen Computersimulationen benötigt werden. Supercomputer können einen ganzen Raum oder eine ganze Einrichtung erfordern, um sie unterzubringen, aber GPUs sind manchmal klein genug, um in einen Laptop zu passen.
„Der Einsatz dieser Art von Technologie reduziert die Kosten komplexer wissenschaftlicher Simulationen von Hunderttausenden auf nur ein paar Tausend Euro“, sagte Chow in einer Erklärung.
„Ein Vorteil ist, dass sich die meisten Forscher und kleinen Ingenieurbüros einen relativ leistungsstarken Laptop oder Computer mit einer hochwertigen GPU leisten können, sodass diese Art von Simulation und Forschung noch zugänglicher wird.“
Um komplexe, heftige Fluidströmungen zu simulieren, entwickelte Chow eine Computersoftware für die wissenschaftliche Simulationsmethode „Incompressible Smoothed Particle Hydrodynamics“ (ISPH).
Herkömmliche Simulationsmethoden im Bereich der Computational Fluid Dynamics (CFD) verwenden alle ein Netz/Gitter, um den Simulationsbereich darzustellen.
„Diese sind in der Regel für eine Vielzahl von Anwendungen sehr gut“, sagte Chow.
„Aber wenn es um heftige Flüssigkeitsströmungen an freier Oberfläche geht, bei denen das Wasser große Verformungen aufweist und fragmentiert werden kann, können diese traditionellen CFD-Mesh-basierten Methoden nicht allzu gut damit umgehen.“
ISPH „verwendet kein Netz und ist besser geeignet, um die Eigenschaften heftiger Flüssigkeitsströme zu simulieren“, erklärte Chow.
Der von Chow entwickelte neue Code kann Millionen von Datenpunkten auf einem einzigen Gerät für 3D-Engineering-Anwendungen berechnen.
Die Methode von Chow wird ein großartiges Werkzeug sein, da der Bedarf an erneuerbarer Energie steigt.
„Die Energiemenge, die aus Offshore-Umgebungen erzeugt wird, nimmt zu, da die Welt versucht, die Energieziele der Welt zu erreichen, aber die Meeresumwelt kann sehr gewalttätig und rau sein, daher ist es eine schwierige Aufgabe, Strukturen für diese Umgebungen effizient zu entwerfen“, sagte Chow in a Stellungnahme.
„Die Verwendung physikalischer Experimente kann äußerst unpraktisch und nicht repräsentativ für das Problem sein. Diese Simulationen ermöglichen es Ingenieuren und Forschern, wichtige Entscheidungen über den Entwurf einer Struktur zu treffen, ohne in Besuche vor Ort und kostspielige Experimente investieren zu müssen.“
