HPC4MfG popieriaus gamybos projektas duoda pirmųjų rezultatų

Anonim

"The Lawrence Berkeley National Laboratory" yra JAV energetikos departamento simuliatoriai, kurie yra unikalios bendradarbiavimo su Lawrence Livermore nacionaline laboratorija dalis, o pramonės konsorciumas galėtų padėti JAV popieriaus gamintojams žymiai sumažinti gamybos sąnaudas ir padidinti energijos vartojimo efektyvumą.

Projektas yra vienas iš DOE "HPC for Manufacturing" (HPC4Mfg) iniciatyvos, daugiafunkcinių pastangų naudoti aukštos kokybės skaičiavimus, siekiant išspręsti sudėtingus JAV gamybos iššūkius. "HPC4Mfg", "Berkeley Lab" ir LLNL bendradarbiauja su "Agenda 2020" technologijų aljansu, popieriaus gamybos įmonių grupe, kurios planuoja iki 2020 m. 20 proc. Sumažinti energijos vartojimą.

Pasak JAV energetikos informacijos administracijos, popieriaus gamybos pramonė užima trečią vietą šalies didžiausių energijos vartotojų atžvilgiu už naftos perdirbimo ir chemijos gamybos. Norėdami išspręsti šią problemą, LLNL ir Berkeley Lab tyrėjai naudoja pažangius superkompiuterių modeliavimo metodus, kad nustatytų, kaip popieriaus gamintojai gali sumažinti energijos ir vandens suvartojimą popieriaus gamybos metu. Pirmasis projekto etapas buvo skirtas "drėgnam spaudimui" - daug energijos suvartojančiam procesui, kurio metu mechaninis medienos masės slėgis pašalinamas vanduo į spaudos siūlus, kurie padeda sugerti vandenį iš sistemos, pavyzdžiui, kempine, kol ji išsiųsta per džiovinimo procesą.

"Svarbiausias tikslas yra pasinaudoti mūsų pažangiomis imitacinėmis galimybėmis, našiais skaičiavimo ištekliais ir pramonės popieriaus spaudos duomenimis, siekiant padėti kurti integruotus modelius, kad būtų galima tiksliai imituoti vandens popieriaus apdorojimo procesą", - teigė mokslininkas Yue Hao, LLNL mokslininkas ir pagrindinis tyrėjas projektas. "Jei mes galime padidinti popieriaus sausumą po spaudimo ir prieš džiovinimą (etapas), tai leistų popieriaus pramonei taupyti energiją".

Jei gamintojas galėtų padidinti popieriaus sausumą 10-15 proc., Jis pridūrė, kad popieriaus gamintojai sutaupytų iki 20 proc. Energijos, naudojamos džiovinimo etape, iki 80 trilijonų BTU (šiluminės energijos vienetų) per metus ir tiek, kiek kaip 400 milijonų JAV dolerių pramonei kasmet.

Daugiafunkcinis daugiasfizinis modeliavimas

HPC4Mfg projekto metu mokslininkai naudojo kompiuterių modeliavimo sistemą, sukurtą LLNL, kurioje integruojami mechaniniai deformacijos ir dviejų fazių srautų modeliai bei Berkeley Lab sukurtas visuminio mikroskaito srauto modelis, skirtas modeliuojant sudėtingas porų struktūras paspauskite veltinius.

"Berkeley Lab" indėlis orientuotas į srauto ir transporto sprendimus sudėtingose ​​geometrijose, kurį sukūrė Davido Trebotišo (David Trebotich) skaičiavimo mokslinis bendradarbis iš "Berkeley Lab" skaičiavimo tyrimų skyriaus ir ko-PI projekto. Šis sprendėjas remiasi "Chombo" programinės įrangos bibliotekomis, sukurtais laboratorijos "Taikomosios skaitmeninių algoritmų grupės" ir yra kitų programų kodų, įskaitant "Chombo-Crunch", požeminio srauto ir reaktyviojo transporto kodo, kuris buvo naudojamas reaktyvių transporto procesų, susijusių su anglies sekvestracija, tyrimo pagrindu ir lūžių evoliucija. Šis imitacinių įrankių komplektas, kaip žinoma, veikia superkompiuteriuose Berkeley laboratorijos Nacionaliniame energetikos tyrimų moksliniame kompiuterių centre (NERSC), Mokslo tarnybos DOE biure.

"Aš naudoju" Chombo-Crunch "srauto ir transportavimo sprendimus, kad modeliuotų srautą popieriaus veltinio spaudoje, kuris naudojamas džiovinimo procese", - paaiškino Trebotichas. "LLNL komanda turi požiūrį, kuris gali užfiksuoti didelio masto spaudimą ar deformaciją, taip pat srautą dideliais kiekiais. Tačiau ne visi veltinio ir popieriaus gudrybės užfiksuotos šiuo modeliu, o tik pagrindinės savybės srautas ir deformacija. Mano darbas buvo pagerinti jų modeliavimą nepertraukiamo masto sąlygomis, suteikiant jiems padidintą pralaidumo ir poringumo santykį iš poros masto modeliavimo duomenų. "

"Trebotich" pagamino seriją gaminių, veikiančių "NERSC" "Edison" sistemoje, ir sėkmingai suteikė savo LLNL kolegoms numerius iš šių mikroskalių modeliavimo naudojant suspaustą ir neslėptą spaudimą, kuris pagerino jų modelį, pridūrė jis.

"Tai buvo tiesa" HPC gamybai ", - sakė Trebotichas, pažymėdamas, kad komanda neseniai paskelbė savo galutinę ataskaitą apie pirmąjį bandomojo projekto etapą. "Mes panaudojome 50 000-60 000 branduolių NERSC, kad galėtume atlikti tokius modelius. Vienas dalykas - paimti tyrimo kodą ir suderinti jį su konkrečia taikyme, tačiau tai dar vienas dalykas, kad jis būtų efektyvus pramonės tikslais. Per šį projektą galėjome padėti inžinerijos modelių modeliams būti tikslesniems, geriau informuojant apie parametrus iš mikroskopinių duomenų. "

Tyrėjai teigia, kad norėdami sukurti tikslesnį ir patikimą skaičiavimo modelį ir geriau suprasti šiuos sudėtingus reiškinius, jiems reikia gauti išsamių pramonės duomenų, tokių kaip popieriaus medžiagų savybės, didelės skiriamosios gebos mikroCT vaizdai popierius ir eksperimentiniai duomenys, gauti iš moksliškai kontroliuojamų nutekėjimo bandymų.

"Mokslinis iššūkis yra tas, kad turime sukurti pagrindinį supratimą apie tai, kaip vanduo plinta ir migruojasi", - sakė Hao. "Visi susiję fiziniai reiškiniai daro šią problemą sunkią, nes dehidratacijos procesas nėra visiškai suprantamas dėl nepakankamų duomenų".

menu
menu