Fri11242017

Last update02:00:00 PM GMT

Các mô hình 3-D giúp các nhà khoa học đánh giá tác động của lũ lụt (P2)

Bởi vì các mô hình 2-D giả định đơn giản về một số khía cạnh của dòng chảy, chúng không thể giải thích được sự thay đổi của dòng chảy, ví dụ như khi sóng lũ di chuyển xung quanh các chướng ngại vật lớn, thay đổi nhanh theo hướng, hoặc ngâm hoàn toàn các boong cầu.

Nhóm nghiên cứu cần một siêu máy tính hàng đầu để chạy mô phỏng 3-D và nắm bắt chính xác những thay đổi này.

"Chúng ta cần phải biết điều gì sẽ xảy ra trong trường hợp đập vỡ," Constantinescu nói. "Chúng ta cần biết ai sẽ bị ảnh hưởng, bao nhiêu thời gian họ sẽ phải di tản, và những gì khác có thể xảy ra với môi trường như vậy."

Bởi vì các mô hình 2-D giả định đơn giản về một số khía cạnh của dòng chảy, chúng không thể giải thích được sự thay đổi của dòng chảy, ví dụ như khi sóng lũ di chuyển xung quanh các chướng ngại vật lớn, thay đổi nhanh theo hướng, hoặc ngâm hoàn toàn các boong cầu. Nhóm nghiên cứu cần một siêu máy tính hàng đầu để chạy mô phỏng 3-D và nắm bắt chính xác những thay đổi này.

Titan Thay đổi hiện tại

Sử dụng một bộ giải RANS 3-D hoàn toàn không thủy tĩnh, nhóm đã thực hiện các mô phỏng đầu tiên về sự thất bại giả thuyết của hai đập Iowa: Đập Coralville ở Thành phố Iowa và Đập Saylorville ở Des Moines. Mỗi sử dụng một mạng lưới tính toán khoảng 30-50 triệu tế bào và bao phủ một khu vực vật lý của khoảng 20 dặm bằng 5 dặm.

Nhóm đã sử dụng phần mềm tính toán động lực học STAR-CCM +. Phần mềm này có tính năng theo khối lượng của chất lỏng để theo dõi vị trí của bề mặt miễn phí của nước - những nơi mà nước đáp ứng không khí. Trong một nghiên cứu khả năng mở rộng, nhóm nghiên cứu xác định hiệu suất đỉnh của mã cho các mô phỏng phá vỡ đập. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng 2.500 bộ vi xử lý CPU của Titan để đạt hiệu suất cao nhất trong mỗi mô phỏng.

Các nhà nghiên cứu cũng tính toán các trường hợp thử phá vỡ đập tương tự sử dụng một mô hình 2-D tiêu chuẩn thường được sử dụng bởi IFC. Khi so sánh kết quả 2-D so với các mô phỏng 3-D, họ nhận thấy mô hình 2-D đã đánh giá thấp tốc độ của đợt lũ lụt di chuyển trên đất và đánh giá quá cao thời gian xảy ra lũ lớn nhất. Phát hiện này rất quan trọng bởi vì các cơ quan chính phủ và các công ty tư vấn sử dụng các mô hình dòng chảy cạn 2 chiều để dự đoán đê đập và lũ lụt, cũng như ước tính mức độ nguy hiểm lũ lụt.

Constantinescu cho biết: "Bằng cách thực hiện các mô phỏng 3-D này, chúng tôi đã cung cấp một bộ dữ liệu lớn có thể sử dụng để nâng cao độ chính xác của các mô hình lũ lụt 2-D và 1-D hiện tại. "Chúng tôi cũng có thể kiểm tra hiệu quả của việc triển khai cơ cấu bảo vệ lũ lụt cho các kịch bản lũ lụt khác nhau." Nhóm cuối cùng cho thấy rằng HPC có thể được sử dụng thành công để trả lời các câu hỏi về kỹ thuật liên quan đến hậu quả của sự thất bại của các đập và các mối nguy liên quan.

Constantinescu nói rằng khi các máy tính trở nên nhanh hơn và mạnh mẽ hơn thì sẽ có thể mô phỏng các sự kiện ngập lụt hoàn toàn trên các vùng vật lý lớn hơn. Summit, siêu máy tính thế hệ tiếp theo của OLCF dự kiến ​​ra mắt vào năm 2018, sẽ khai thác các khả năng mới cho nghiên cứu của Constantinescu.

Constantinescu cho biết: "Những tiến bộ trong các thuật toán số, tạo lưới tự động, và tăng cường sức mạnh của siêu máy tính cuối cùng sẽ làm cho việc mô phỏng sóng lũy ​​trong thời gian dài có thể bằng cách sử dụng Titan, và thậm chí còn hơn thế nữa với Hội nghị Thượng đỉnh. Cuối cùng, những thứ mà trước đây chúng ta phải làm bằng tay, chẳng hạn như tạo ra một mạng lưới tính toán chất lượng cao, sẽ chỉ là một phần của gói phần mềm điển hình ".

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/07/170718131035.htm

(TT DLQH&ĐT TNN)


Tin mới hơn:
Tin cũ hơn: