Simulazioni di fluidi e calore più efficienti grazie a un nuovo approccio giapponese
Dall'impossibile al possibile, ecco la semplificazione di un difficilissimo test su vulnerabilità e dinamiche complesse attraverso i fluidi.
La Tokyo Metropolitan University ha finanziato uno studio che riprogetta il metodo Lattice-Boltzmann, LBM. I ricercatori hanno sviluppato un metodo più efficiente e stabile di simulazione dei flussi di fluidi e del trasferimento di calore. Dato che avviene con software e metodi matematici, il nuovo approccio riduce l’uso della memoria di calcolo. Il metodo Lattice-Boltzmann era finora uno degli algoritmi più utilizzati in ambito scientifico e ingegneristico per modellare il comportamento dei fluidi.
Le simulazioni di fluidi e calore servono a numerosi ambiti. Ad esempio alla biologia o all’ingegneria aerospaziale, chi utilizza queste simulazioni vuole prevedere il comportamento di sistemi complessi, anche in condizioni difficili o impossibili. Le risorse informatiche però sono limitate per questi test, dovrebbero avere grandi memorie interne per gestire griglie di calcolo complicatissime e lunghi intervalli di tempo.
L’innovazione di Toshio Tagaea e Yoshitaka Mochizuki dell’Università di Tokyo sul LBM, il metodo Lattice-Boltzmann
Il metodo Lattice-Boltzmann finora ha fornito efficienza e facilità, è stato reso disponibile sia per i computer leggeri che per i supercomputer. Ha però come limite l’elevato consumo di memoria. Il computer, anche grande, deve utilizzarlo solo per la simulazione dei fluidi e, forse, limitate e non infinite. Un test LBM elabora molte informazioni per ciascun punto della griglia di simulazione, un vincolo che riduce la risoluzione dei modelli e non è esente da errori nei risultati. Dovendo utilizzare una sola memoria a test, se un risultato è sbagliato bisogna ricominciare l’intero processo di ricerca.
A lavorare su questi ostacoli, due persone: il professore associato Toshio Tagawa e il dottorando Yoshitaka Mochizuki. Insieme hanno introdotto la nuova formulazione LBM basata su input aggiuntivi, ovvero momenti opzionali. Inseriti in una versione non di equilibrio nelle equazioni, consentono di ricostruire in modo efficiente le informazioni sui gradienti.
La memoria utilizzata non è più rigida sui calcoli e questo migliora molto la velocità e la disponibilità dei test sui fluidi. Il metodo è stato testato su diversi casi: flusso di calore e liquidi. L’approccio ha dimostrato accuratezza e stabilità numerica. L’utilizzo della memoria si è ridotto fino al 50%, la strada va verso simulazioni più grandi, numerose, dettagliate e accessibili.
