Urbana-Champaign में इलिनोइस विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने उन्नत 16D सिमुलेशन तकनीकों का उपयोग करके हाइपरसोनिक प्रवाह के अशांत व्यवहार की एक नई समझ प्राप्त की है। सुपरकंप्यूटिंग शक्ति और कस्टम सॉफ़्टवेयर का उपयोग करते हुए, उन्होंने मच 0 पर शंक्वाकार मॉडल के चारों ओर अप्रत्याशित अस्थिरता और प्रवाह व्यवधानों की खोज की, हस्तक्षेप पिछले दो-आयामी या प्रयोगात्मक अध्ययनों में कभी नहीं देखा गया।

ये निष्कर्ष भविष्य के हाइपरसोनिक वाहनों के डिजाइन पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकते हैं, क्योंकि यह इंजीनियरों को यह समझने में मदद कर सकता है कि चरम वेग नए तरीकों से सतह ज्यामिति के साथ कैसे बातचीत करते हैं।

हाइपरसोनिक गति पर, हवा जटिल व्यवहार प्रदर्शित करती है जब यह विमान की सतह के साथ बातचीत करती है, जिससे सीमा परतों और सदमे तरंगों जैसी विशेषताएं बनती हैं। पहली बार, ग्रेंजर स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में अर्बाना-शैंपेन में इलिनोइस विश्वविद्यालय में एयरोस्पेस इंजीनियरिंग विभाग के शोधकर्ताओं ने पूर्ण 3 डी सिमुलेशन का उपयोग करके इन इंटरैक्शन में नए गड़बड़ी देखी है।

हाइपरसोनिक गति पर उच्च-रिज़ॉल्यूशन 3D सिमुलेशन चलाने के लिए भारी कंप्यूटिंग शक्ति की आवश्यकता होती है, जिससे काम महंगा और चुनौतीपूर्ण हो जाता है। इस शोध को दो प्रमुख संसाधनों द्वारा संभव बनाया गया था: फ्रोंटेरा तक पहुंच, टेक्सास एडवांस्ड कंप्यूटिंग सेंटर में नेशनल साइंस फाउंडेशन द्वारा वित्त पोषित एक अग्रणी-ग्रेड सुपरकंप्यूटर; दूसरा विशेष सॉफ्टवेयर है जिसे प्रोफेसर डेबोरा लेविन के कई पूर्व स्नातक छात्रों द्वारा वर्षों से विकसित किया गया है। लेविन ने अपने पीएचडी छात्र, इरमक टायलन कारपुज़कु के साथ अध्ययन का नेतृत्व किया।

एक शंक्वाकार कनेक्शन दृश्य जो प्रवाह क्षेत्र का अनुकरण करता है। छवि में लेबल ए, बी, और सी शंक्वाकार झटके, लहर जुदाई लाइनों, और परिपत्र discontinuities के स्थान हैं. छवि क्रेडिट: अर्बाना-शैंपेन ग्रेंजर स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में इलिनोइस विश्वविद्यालय

"प्रवाह ज्यामिति के बावजूद, संक्रमण प्रवाह तीन आयामी और स्वाभाविक रूप से अस्थिर है। 21 वीं शताब्दी की शुरुआत में किए गए 3 डी प्रयोगों ने किसी भी 3 डी प्रभाव या अस्थिरता को निर्धारित करने के लिए पर्याप्त डेटा प्रदान नहीं किया क्योंकि शंकु मॉडल के आसपास पर्याप्त सेंसर नहीं थे। इसमें कुछ भी गलत नहीं है। उस समय बस यही संभावनाएं हैं, "कारपुज़कु ने कहा। "हमारे पास तुलना करने के लिए यह डेटा है, लेकिन अब जब हमारे पास तीन आयामों में पूरी तस्वीर है, तो यह एक अलग कहानी है। आम तौर पर, आपको लगता है कि शंकु के चारों ओर प्रवाह गाढ़ा बैंड है, लेकिन हमने देखा है कि एकल और डबल शंकु दोनों आकृतियों में प्रभाव परत के भीतर प्रवाह में फ्रैक्चर हैं। ”

एक बाइकोन पर कोणीय वेग की कल्पना करने के लिए एक आइसोसर्फेस सिमुलेशन छवि का उपयोग करें। छवि क्रेडिट: अर्बाना-शैंपेन ग्रेंजर स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में इलिनोइस विश्वविद्यालय

कपुस्कु ने कहा कि उन्होंने शंकु की युक्तियों के पास दरारें देखीं और जहां हवा के अणु इकट्ठा हुए, वहां सदमे की लहरें देखीं, जिससे उन्हें मच 16 पर अधिक चिपचिपा बना दिया गया।

"जैसे-जैसे मैक संख्या बढ़ती है, सदमे की लहर सतह के करीब और करीब हो जाती है, जिससे ये अस्थिरता बढ़ जाती है। प्रत्येक गति पर सिमुलेशन चलाने की लागत बहुत अधिक थी, लेकिन हमने मच 6 पर सिमुलेशन चलाया और प्रवाह में रुकावट नहीं देखी। ”

Capuscu के अनुसार, शंकु ज्यामिति कई हाइपरसोनिक वाहनों के सरलीकृत संस्करण का प्रतिनिधित्व करती है, और यह समझना कि प्रवाह सतह के गुणों को कैसे प्रभावित करता है, डिजाइन विचारों में मदद कर सकता है।

यह नकली छवि घनत्व प्रोफ़ाइल दिखाती है जैसे कि आप शंकु की नोक को देख रहे थे। छवि क्रेडिट: अर्बाना-शैंपेन ग्रेंजर स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में इलिनोइस विश्वविद्यालय

"हमारी टीम का इन-हाउस सॉफ्टवेयर समानांतर प्रोसेसर में सिमुलेशन चलाने को और अधिक कुशल बनाता है और इसलिए बहुत तेज़ है। हमारे पास पहले से ही उच्च गति पर प्रयोगात्मक डेटा था, इसलिए हमारे पास कुछ अंतर्ज्ञान था कि सिमुलेशन कैसा दिखेगा, लेकिन 3 डी में हमें एक अप्रत्याशित सफलता मिली। ”

उनके लिए, वे कहते हैं, उनकी नौकरी का सबसे कठिन हिस्सा प्रक्रिया टूटने के कारणों का विश्लेषण कर रहा है।

"प्रवाह सभी दिशाओं में बहना चाहिए, लेकिन समान रूप से। हमें उन घटनाओं को साबित करने की आवश्यकता है जो हम देखते हैं। हमारी साहित्य समीक्षा से पता चलता है कि तीन-परत सिद्धांत के आधार पर रैखिक स्थिरता विश्लेषण इस प्रवाह पर लागू किया जा सकता है। जटिल सूत्र का विश्लेषण करने और इसे हमारे मामले से संबंधित करने के बाद, हमने समस्या को फिर से डिजिटल रूप से अनुकरण करने के लिए एक कोड विकसित किया। यह एक 180 डी प्रत्यक्ष मोंटे कार्लो सिमुलेशन चलाने के लिए मुश्किल था, लेकिन फिर हम यकीन है कि सब कुछ काम कर रहा था बनाने के लिए एक दूसरा कंप्यूटर प्रोग्राम की स्थापना की है और यह हमारे प्रवाह की स्थिति की सीमा के भीतर था कि. जब हम ऐसा करते हैं, तो हम देखते हैं कि शंकु समय-समय पर 0 डिग्री पर दो बड़े टुकड़ों में विभाजित होता है। ”

मोंटे कार्लो को सीधे अनुकरण करने का लाभ यह है कि यह प्रवाह में हर हवा के अणु का पता लगा सकता है और सदमे को पकड़ सकता है, कैपुस्कु ने कहा।

"जब आप द्रव गतिशीलता की गणना करने के लिए अन्य तरीकों का उपयोग करते हैं, तो सब कुछ नियतात्मक होता है। जब हम प्रवाह क्षेत्र में एक कण पेश करते हैं, तो संभावना है कि कण अन्य कणों या किसी ठोस सतह से टकराएगा, भौतिकी-आधारित सूत्र के अनुसार गणना की जाती है, लेकिन आउटपुट पासा का एक रोल है। मोंटे कार्लो विधि में यादृच्छिक, दोहराव वाले प्रयास शामिल हैं। यह पारंपरिक कम्प्यूटेशनल द्रव गतिशीलता विधियों की तुलना में व्यापक है, और हम अरबों कणों पर नज़र रख रहे हैं। यह सुनिश्चित करता है कि प्रवाह क्षेत्र में पर्याप्त कण हैं और टकराव सही ढंग से कैप्चर किए गए हैं। ”

编译自/ScitechDaily