Simulações avançadas resolveram um problema de fluxo turbulento de fluido que poderia levar a turbinas e motores mais eficientes.

Quando um fluido, como água ou ar, flui rápido o suficiente, ele experimentará turbulência - mudanças aparentemente aleatórias na velocidade e pressão dentro do fluido.

A turbulência é extremamente difícil de estudar, mas é importante para muitos campos da engenharia, como o fluxo de ar passando por turbinas eólicas ou motores a jato. Compreender melhor a turbulência permitiria aos engenheiros projetar lâminas de turbina mais eficientes, por exemplo, ou faça formas mais aerodinâmicas para carros de Fórmula 1.

Contudo, os modelos atuais de engenharia de turbulência muitas vezes dependem de relações "empíricas" com base em observações anteriores de turbulência para prever o que vai acontecer, em vez de uma compreensão completa da física subjacente.

Isso ocorre porque a física subjacente é imensamente complicada, deixando muitas perguntas que parecem simples sem solução.

Agora, pesquisadores do Imperial College London usaram supercomputadores, executando simulações em processadores gráficos originalmente desenvolvidos para jogos, para resolver uma questão de longa data em turbulência.

Encontrando a solução

Seu resultado, publicado hoje no Journal of Fluid Mechanics , significa que modelos empíricos podem ser testados e novos modelos podem ser criados, levando a projetos mais otimizados em engenharia.

Co-autor, Dr. Peter Vincent, do Departamento de Aeronáutica da Imperial, disse:"Agora temos uma solução para um importante problema de fluxo fundamental. Isso significa que podemos comparar os modelos empíricos de turbulência com a resposta 'correta', para ver o quão bem eles estão descrevendo o que realmente acontece, ou se eles precisam de ajustes. "

A questão é bastante simples:se um fluido turbulento está fluindo em um canal e é perturbado, como esse distúrbio se dissipa no fluido? Por exemplo, se a água fosse repentinamente liberada de uma barragem para um rio e depois fechada, que efeito esse pulso de água da represa teria no fluxo do rio?

Para determinar o comportamento "médio" geral da resposta do fluido, a equipe precisava simular a miríade de respostas menores dentro do fluido. Eles usaram supercomputadores para executar milhares de simulações de fluxo turbulento, cada um exigindo bilhões de cálculos para ser concluído.

Usando essas simulações, eles foram capazes de determinar os parâmetros exatos que descrevem como a perturbação se dissipa no fluxo e determinaram vários requisitos que os modelos empíricos de turbulência devem satisfazer.

Professor co-autor Sergei Chernyshenko, do Departamento de Aeronáutica da Imperial, disse:"Desde meus primeiros dias estudando mecânica dos fluidos, eu tinha algumas perguntas fundamentais para as quais queria saber as respostas. Esta foi uma delas, e agora, depois de 40 anos, tenho a resposta. "