ALTIN 488,66
DOLAR 8,6580
EURO 10,1795
BIST 1.419
Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 26 °C
Sağanak Yağışlı

Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı

15.11.2020
406
Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı

Süper Bilgisayarlar, Texas Advanced Computing Center’ın Stampede2 süper bilgisayarı, yanma ile girdap parçalanmasının 3D yapısını simüle ediyor.

Yıldırım, 2003 yılında Kentucky’nin Bardstown kırsalında 800.000 galon likör deposu ateşe vererek bir bourbon deposuna çarptı. Yerel olarak bildirildiği gibi, bir kısmı yakındaki bir dereye döküldü ve büyük bir yangın kasırgası veya “burbonado” üretti.

Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı 1
Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı

Bunun havadan çekilmiş videosu, bilim insanlarına, petrol sızıntısının iyileştirilmesi için umut verici bir şey olarak yangın fırtınalarını, yangın hortumlarını araştırmaları için ilham verdi, çünkü alkol nispeten az isle yandı.

Laboratuvarda yaptıkları yangın fırtınası araştırmaları, onları hayrete düşüren bir şey bulmalarına yol açtı. Kaotik ve tehlikeli ateş girdabı, “mavi girdap” dedikleri uysal ve temiz yanan bir aleve dönüştü.

Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı 2
Mavi girdaplar, kaotik bir ateş girdabından gelişen ve neredeyse kurumsuz yanma ile yanan dönen bir alev olgusudur. Süper bilgisayar simülasyonları, mavi girdabın alev yapısını ve akış yapısını ortaya çıkardı. (A) Sayısal simülasyonlardan ısı salım hızının hacimsel gösterimi. (B) Üç farklı alev türünün kombinasyonunu gösteren mavi girdap simülasyonunun nihai sonucunu özetleyen şematik diyagram. (C) Gözlenen mavi girdap. Kredi: H. Xiao, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi

Keşifçilerinden biri şu anda, Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) tarafından dört ayrı alevden oluşan yeni bir alev türü olan mavi girdabın yapısını ortaya çıkarmak için tahsis edilen süper bilgisayarları kullanan bir bilim ekibinde. Bilim adamları, mavi dönüşlerin bir gün yakıtları daha temiz yakmak için kullanılabileceğini umuyorlar.

Texas A&M Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü profesörü ve O’Donnell Vakfı Başkanı VI, Profesör Elaine Oran, “Bu yeni hesaplamalı çalışmanın ana bulgusu artık mavi girdabın ana yapısını bildiğimizdir,” dedi.

Profesör Elaine Oran, blue whirl’in ortak keşfi ve yapısı üzerine Ağustos 2020’de PNAS’ta yayınlanan bir çalışmanın ortak yazarıdır. “Bunun bir araya gelen ve muhtemelen en çok ortaya çıkan birçok alev türünün bir kombinasyonu olduğunu biliyoruz ve daha önce gördüğümüz, yazma için ideal konfigürasyon.”

Mavi bir girdap, bir çocuğun oyuncak tepesine benzeyen dönen mavi bir aleve benzer. Profesör Elaine Oran, üst kısmının Harry Potter’ın tasnif şapkasıyla aynı şekle sahip olduğunu söylüyor. Yanmasının çoğu, dönen çok parlak mavi bir kenar boyunca.

Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı 3
Deneyde görülen mavi girdap. (A) Kararlı mavi girdap. (B) Ortada kurumla birlikte hafif dengesiz mavi girdap, girdap parçalanmasının kabarcık modunu düşündürür. Kredi: H. Xiao, Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi.

Araştırmacılar, mavi girdabı ilk keşfeden 2016 çalışmasının deneysel verilerini kullandılar. Deney düzeneği, iki yarım silindir ve suyla dolu silindirik paslanmaz çelik bir tavadan oluşuyordu.

Tavanın ortasındaki durgun su yüzeyine sıvı yakıt, n-heptan döküldü ve sonra ateşlendi. Tavanın üzerine iki kuvars yarım silindir asıldı. Yarım silindirlerin dengelenmesi, havanın alev bölgesine teğet olarak çekilmesine izin veren iki dikey yarık oluşturdu; bu, genellikle laboratuar çalışması için ateş girdapları oluşturmak için kullanılır.

İlk başta kaotik bir havuz yangını oluştu. Odanın içine çekilen soğuk hava, güçlü bir dikey akış oluşturdu ve daha sonra uzun ve şiddetli bir ateş girdabı yarattı. Sonra, beklenmedik bir şekilde, sakin mavi girdap alevi yapısına çöktü.

Texas A&M Üniversitesi Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümü’nden doktora sonrası araştırmacı yazar Xiao Zhang, “Bu yeni alevin yapısını sayısal simülasyon yoluyla inceledik ve yanmanın türünü ve nerede oluştuğunu öğrendik” dedi.

Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı 4
Bileşik görüntü akış yapısını gösterir. Hesaplama alanının merkezine doğru dilimler ve akış tanılama için seçilen değerler. (A) Akış çizgileri. (B) Teğetsel hız. (C) Eksenel hız. Reaksiyon bölgelerini belirtmek için ısı salım hızı hatları üst üste bindirilir. 6 cm genişliğinde yakınlaştırılmış bir bölge için dilimler gösterilir. (D) Hesaplama alanının tüm genişliği için gösterilen, (B) ‘deki beyaz kesikli çizgiden mavi girdabın altında alınan teğetsel hızın çizgi grafiği. Kredi: Chung ve diğerleri, Sci. Adv. 2020.

Süper bilgisayar simülasyonları, üç tür alevden oluştuğu ortaya çıkan mavi girdabın yapısını ortaya çıkarmaya yardımcı oldu. Altta zengin bir önceden karıştırılmış alev vardır, üstüne morumsu şapka şeklinde bir difüzyon alevi ile taçlandırılmıştır.

Simülasyonlar, difüzyon alevinin hemen dışında, mor pusu çevreleyen gizli bir alevi ortaya çıkardı. Üç alev, parlak kenarını oluşturan üçlü bir alevde birleşir.

Bilim adamları alevleri simüle etmede birkaç zorlukla karşılaştı.

Zhang, “Laboratuvar deneylerindeki mavi girdap kendi kendine gelişti ve gelişti” dedi. Hesaplamaları başlatmak için bize yeterli koşulu vermeyen deneylerden sınırlı teşhis vardı. Sayısal bir avla başladık.”

Düşük Mach sayı akışlarını verimli bir şekilde simüle edebilen yeni algoritmalar geliştirdiler ve algoritmaları, akışın kararsız, sıkıştırılabilir, reaktif Navier-Stokes denklemlerini çözen bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği koduna uyguladılar.

Bu kodu kullanarak, yakıt ve hava giriş boyutları ve hızları gibi parametreleri kontrol etmenin etkilerini araştırdılar. Sonunda, simülasyonlarında mavi girdabı yakalayabildiler.

Zhang, “Mavi girdabın bu simülasyonları, zaman ve uzayda birden fazla ölçek içeriyordu” dedi. “Ayrıca çoklu fiziği ve ağır hidrokarbon kimyasını modellememiz gerekiyordu. Bunların hesaplanması çok zor ve pahalı olabilir. Bunun da ötesinde, bu yeni alevin 3B dinamiklerini korumak istedik. Bu 3B özellikler, hesaplamaya daha fazla maliyet kattı.”

Süper Bilgisayarlar Tarafından Ortaya Çıkan Muhteşem Mavi Girdap Alev Yapısı 5
NSF tarafından finanse edilen Extreme Science and Engineering Discovery Environment aracılığıyla tahsis edilen TACC’deki Stampede2 süper bilgisayarı. Kredi bilgileri: TACC

Bilim adamlarına, Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edilen XSEDE’de süper bilgisayar tahsisleri verildi. XSEDE aracılığıyla, Texas Advanced Computing Center’daki Stampede2 süper bilgisayarından ve Ranch veri depolama sisteminden yararlandılar.

Sayısal av ve son mavi girdap simülasyonu simülasyonları, Maryland Üniversitesi’nden Deepthought2 sistemi üzerinden dağıtılan 4 milyon CPU saatini tüketti; Hava Kuvvetleri Araştırma Laboratuvarı’ndan Thunder sistemi; ve Stampede2, Skylake düğümlerinde yaklaşık 23 bin düğüm saatini hesaba katıyor.

Alev yapısının yanı sıra bilim adamları, girdap kırılması adı verilen bir akışkan dinamiği fenomeni içeren mavi girdabın akış yapısına da baktılar. Temel olarak, kaotik ve dönen sarı alev, girdap parçalanmasının “kabarcık modu” na çöker ve mavi girdabı oluşturur.

Oran, “Beni en çok şaşırtan şey, ateş girdabından nasıl geliştiğiydi” dedi. “Ateş girdabı bir canavardır, yıkıcı bir şeydir. Sonra birdenbire türbülanssız bu sessiz, minicik aleve dönüşür. Bunu oluşturma sürecinde, girdap parçalanmasının tüm bu akışkan dinamik modlarını gördünüz, ki bu, bir uçağın kanadından çıkan girdaplardan görebileceğiniz güzel bir akışkan fenomeni.”

Araştırmacılar, mavi girdabın daha iyi anlaşılmasının bilim insanlarının yakıtları daha temiz yakma yolları geliştirmelerine yardımcı olabileceğini umuyorlar. Zhang, “Geleneksel fosil yakıtlardan minimum is, daha az kirlilik ve çevresel etki ile enerji elde etmenin potansiyel olarak yeni bir yolu olabilir” dedi.

Oran, mavi girdap fenomenini keşfetmede şansın büyük rol oynadığını vurguladı.

Oran: “Keşfetmenin, merakınızın peşinden gitmenin ve yeni fikirler denemenin önemli olduğunu düşünüyorum. Örneğin, Kentucky’de gölde çıkan yangını hiç görmemiş olsaydık, burbonun tamamı göle döküldüğünde ve şimşek çaktığında ve gölde ateş fırtınaları oluşturduğunda, mavi girdapları asla bulamazdık. Halının altına her baktığınızda yeni bir şey buluyorsunuz. Yeni bir böcek, yeni bir alev.”

Referans: Joseph D. Chung, Xiao Zhang, Carolyn R. Kaplan ve Elaine S. Oran, 12 Ağustos 2020, Science Advances tarafından “ortaya çıkan mavi girdabın yapısı”.

Çalışma, 12 Ağustos 2020’de Science Advances dergisinde yayınlandı. Yazarlar Joseph D. Chung ve Maryland Üniversitesi’nden Carolyn R. Kaplan; Xiao Zhang ve Elaine S. Oran, Texas A&M Üniversitesi. Çalışma finansmanı Ulusal Bilim Vakfı’ndan geldi (CBET 1839510 hibe); Ordu Araştırma Ofisi (hibe W911NF1710524); Maryland Üniversitesi, Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bölümünden Minta Martin Bağış Fonları; Glenn L. Martin Enstitüsü Başkanlığı Profesörlük ve Maryland Üniversitesi A. James Clark School of Engineering’de A. James Clark Seçkin Profesörlük ve Texas A&M Üniversitesi TEES Seçkin Profesörlüğü bu çalışmaya destekleri için. Araştırma ayrıca kısmen Ordu Araştırma Laboratuvarı tarafından desteklendi ve W911NF-19-2-0307 İşbirliği Anlaşması Numarası altında gerçekleştirildi.

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.