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Titan habilita modelos nucleares de próxima generación

Hola de nuevo. Yo soy Simón Sánchez y hoy hablaremos sobre Titan habilita modelos nucleares de próxima generación

Una de las principales áreas de investigación de la supercomputadora Titan, el sistema de élite Cray instalado en Oak Ridge Leadership Computing Facility, es la energía, y específicamente la energía nuclear. En este punto, aproximadamente el 20% de la energía de Estados Unidos se produce a partir de energía nuclear. Muchos expertos dicen que aumentar este porcentaje es clave para satisfacer las crecientes necesidades energéticas de nuestra nación, al tiempo que mantenemos nuestro compromiso de reducir las emisiones de combustibles fósiles.

Investigadores del Consorcio del Laboratorio Nacional de Oak Ridge para la simulación avanzada de reactores de agua ligera (CASL) están trabajando para garantizar un suministro abundante de energía nuclear con márgenes de seguridad óptimos. Para respaldar esta misión, están utilizando tecnología de modelado y simulación para mejorar los reactores existentes e innovar diseños de reactores nuevos y más eficientes.

En los reactores de agua ligera, el tipo más común de reactor nuclear, la ebullición juega un papel importante en el proceso general. Las barras de combustible calientan el agua y esa agua produce vapor. Luego, el vapor pasa a través de las turbinas para generar electricidad. En algunos reactores, la misma agua que enfría las barras de combustible también hierve y produce vapor, mientras que en otros el agua de enfriamiento se mantiene a una presión más alta para evitar que hierva, y hay una etapa intermedia de presión más baja en cuya ebullición produce vapor.

Los científicos están muy interesados ​​en el proceso de ebullición porque está directamente relacionado con la eficiencia y seguridad del reactor. El agua hirviendo hace burbujas, y este es el verdadero objetivo del estudio: el flujo burbujeante, o turbulencia, causado por la mezcla de agua líquida y vapor.

Un equipo de investigadores, dirigido por Igor Bolotnov de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, está utilizando Titan para ejecutar una simulación numérica directa (DNS) para caracterizar estas corrientes de burbujas turbulentas y simular la ebullición hasta el punto de la previsibilidad. Estos cálculos extremadamente intensivos se adaptan a la arquitectura escalable y la gran memoria total de Titan.

Sin embargo, incluso con un sistema como Titán, la supercomputadora más rápida de los Estados Unidos, los desafíos de simular una dinámica de fluidos multifase tan compleja son tales que los investigadores deben hacer aproximaciones al simular ciertas etapas del proceso de ebullición. Saber dónde es aceptable tomar estos «atajos» es esencial. Los científicos usan una técnica llamada control de malla adaptativa, que les permite ajustar automáticamente la resolución de la cuadrícula en ciertas regiones de la simulación a medida que ocurre.

Las simulaciones detalladas proporcionan datos fundamentales sobre la naturaleza de la turbulencia en estos sistemas, lo que lleva a la propuesta de modelos nuevos y mejorados de flujos burbujeantes que son mucho menos costosos computacionalmente que las simulaciones de DNS. Un ejemplo de esto es el solucionador de flujo paralelo, PHASTA, desarrollado por el equipo de Bolotnov. El solucionador se utilizó para aprovechar los 46.000 núcleos de CPU de Titan para estudiar cómo se forman y evolucionan las burbujas y cómo afectan al líquido circundante.

El proyecto destaca las ventajas del modelado por computadora sobre la experimentación física. La combinación de DNS y supercomputación permite a los investigadores alterar variables, como la presión y el flujo, de manera rápida y económica, mientras que modificar estas condiciones en un experimento físico a menudo no sería factible desde una perspectiva de costo, tiempo y / o tiempo. recursos.

«Queremos poder predecir el comportamiento del forúnculo», Ella dijo Bolotnov. «Con la simulación, puede experimentar con cualquier temperatura y presión».

El equipo de Bolotnov está utilizando su conocimiento del flujo para desarrollar modelos para diferentes diseños de reactores, tanto nuevos como existentes.

El estudio, publicado en la edición del 3 de abril de 2013 de la revista Journal of Fluids Engineering, refleja cómo la simulación por computadora es fundamental para acelerar el proceso de descubrimiento. La ventaja es que los diseños de reactores pueden comercializarse más rápidamente y a un costo menor.

El siguiente paso para el equipo es desarrollar una versión de PHASTA que podrá aprovechar las GPU de Titan. Esto les permitirá realizar simulaciones de flujo multifásico para geometrías de reactores de agua a presión. El soporte de GPU también los acercará a su objetivo de simular un núcleo de reactor completo, lo que pretenden hacer «en un futuro próximo».

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