Turbulencija je svuda oko nas, od svakodnevnog protoka vode iz slavine do složenih hemijskih reakcija u mlaznim motorima aviona. Tim istraživača sa Georgia Tech-a proučava fiziku turbulencije u pojednostavljenim postavkama, s ciljem da poboljša naše razumevanje ovog kompleksnog fenomena. Njihovo istraživanje koristi najnapredniju tehnologiju, uključujući Frontier, prvi ekaskale superkompjuter koji može izvesti kvintilion operacija u sekundi.
Turbulencija se najosnovnije definiše kao neuredne fluktuacije koje se javljaju u širokom spektru skala, i vremenski i trodimenzionalno. Ova kompleksnost otežava razumevanje mnogih fundamentalnih aspekata turbulencije. Iako su kompjuterske simulacije moćne alatke za otkrivanje misterija, direktne numeričke simulacije zasnovane na preciznim fizičkim zakonima su često veoma zahtevne, naročito kada se istražuju retke i velike fluktuacije.
Frontier, smešten u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridž, omogućava istraživačima da istražuju turbulenciju na način koji nije bio moguć ranije. Profesor P.K. Ieung sa Škole vazduhoplovstva Daniel Guggenheim, koji takođe ima zajedničku poziciju na Školi za mašinstvo Džordža V. Vudrafa, ističe: „Očekuje se da će vodeća svetska rezolucija od preko 5 triliona tačaka mreže na Frontier-u dovesti do novih otkrića, što može poboljšati modeliranje i omogućiti testiranje pretpostavki i predviđanja numerički.“
Ieung i njegov tim su razvili veoma uspešan algoritam koji maksimizira performanse Frontierovih moćnih grafičkih procesorskih jedinica (GPU). Ovi procesori su ključni za brze proračune i omogućavaju simulacije turbulencije u izuzetno visokoj rezoluciji. Njihov rad, objavljen u časopisu Computer Physics Communications, naglašava kako su simulacije velikih razmera sada izvodljive.
„Mnogi naučnici su smatrali da su proračuni ove veličine nemogući, ali smo sada tu, možda čak i ranije nego što smo očekivali“, rekao je Ieung. Njihovo istraživanje ima potencijalne posledice ne samo za aeronautiku i inženjering, već i za druge naučne oblasti, posebno one koje koriste pseudospektralne metode.
Nadalje, očekuje se da će naučni uticaji njihovih simulacija dodatno rasti zahvaljujući saradnji sa projektom baze podataka o turbulentnosti na Johns Hopkinsu, koji podržava Nacionalna naučna fondacija. Ova saradnja će omogućiti širenje javno dostupnih podataka, što može dodatno unaprediti istraživanje turbulencije i njene primene u različitim oblastima.
Istraživanje turbulencije uz pomoć superkompjutera poput Frontiera predstavlja značajan korak napred u razumevanju složenih fenomena koji utiču na naš svakodnevni život. Sa novim algoritmima i pristupima, istraživači su na putu da otkriju nove načine za modeliranje i razumevanje turbulencije, što može imati dalekosežne posledice za inženjering, aeronautiku i druge naučne discipline.
