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Les outils numériques de l'Argonne pour la conception moteur
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Les outils numériques de l’Argonne pour la conception moteur

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La recherche d’une conception moteur véritablement révolutionnaire qui pourrait apporter des gains spectaculaires d’efficacité exige une compréhension scientifique profonde et les outils associés.

Dans le passé, les outils étaient nécessaires pour réaliser des prototypes, ce qui nécessitait des tests répétés et de l’optimisation avec une bonne dose d’intuition des ingénieurs pour déterminer quelles idées étaient les plus prometteuses. À l’avenir, cependant, l’outil le plus important pour la conception des moteurs pourrait bien être l’ordinateur, et plus spécifiquement le superordinateur qui peut virtuellement tester et évaluer des milliers de concepts simultanément, éliminant les moins prometteurs et ne laissant que ceux ayant le plus grand potentiel ce qui réduit considérablement les coûts de développement et le nombre d’itérations.

Une équipe de scientifiques et d’ingénieurs du Virtual Engine Research Institute and Fuels Initiative (VERIFI) de l’Argonne National Laboratory du Département de l’énergie Américain a récemment annoncé qu’elle a franchi une étape importante dans l’utilisation de supercalculateur pour la conception moteur. L’équipe a terminé le développement d’un code de simulation et d’un processus qui permettra de mener simultanément 10 000 simulations moteur sur Mira, le superordinateur de l’Argonne. Ces simulations sont des petites simulations typiques à l’échelle d’un ingénieur, qui sont utilisées quotidiennement pour la conception moteur dans l’industrie.

L'équipe VERIFI au Mira

Le travail a débuté grâce à l’attribution de 60 millions d’heures de calcul sur Mira – le cinquième superordinateur le plus rapide dans le monde – situé à l’installation Argonne Leadership Computing (ALCF), dans les locaux de la DOE.

À l’heure actuelle, les ingénieurs qui explorent de nouveaux types de moteur peuvent faire un petit nombre de simulations – peut-être 100 – sur les ordinateurs du cluster, qui peuvent prendre des semaines. Chaque modification d’une variable d’un concept moteur, comme le bol de piston ou la configuration de l’injecteur, nécessite une nouvelle simulation, et l’évolution de plusieurs variables augmente le nombre de simulations nécessaires de façon exponentielle, utilisant rapidement la puissance de calcul disponible. A la fin de ce long processus de simulation, les ingénieurs disposent de données pour sélectionner des concepts prometteurs pour construire un prototype réel, mais basés sur un nombre limité de simulations avec un nombre limité de variables.

«Cette nouvelle capacité de calcul est un bond prodigieux par rapport à ce qui a été fait avant, et elle a le potentiel pour permettre des percées majeures dans l’efficacité des moteurs thermiques, ainsi que des économies substantielles », a déclaré Sibendu Som, chercheur principal et ingénieur en mécanique au centre Argonne pour la recherche sur les transports. « Dans le passé, faire 10 000 simulations était impensable. Maintenant, nous pouvons le faire en quelques jours. »

Alors qu’écrire du code et optimiser des calculs pourraient ne pas sembler des compétences traditionnelles dans l’automobile, Som dit que l’effort de codage est essentiel pour les ingénieurs qui tentent d’accéder à la puissance de calcul fournie par Mira. L’équipe travaille avec le logiciel de simulation moteur CONVERGE de Convergent Science, Inc., mais il n’est pas trivial de mettre CONVERGE sur un système de calcul intensif comme Mira et d’appuyer sur « démarrer ».

Mira est souvent utilisé pour faire quelques simulations énormes, mais l’équipe VERIFI veut qu’il fasse un grand nombre de simulations plus petites et en même temps. Pour y arriver, ils ont dû optimiser le code source de CONVERGE et utiliser un langage de programmation de haut niveau développé par l’Argonne connu sous le nom de Swift pour gérer les nombreux flux de calculs impliqués.

Cette capacité de simulation massive a ouvert une nouvelle voie pour les partenaires industriels en quête de nouveaux modèles avancés de moteur. VERIFI travaille déjà avec un important fabricant automobile, une entreprise leader dans l’énergie et le transport et un fournisseur mondial de carburant pour mettre cette capacité unique en pratique.

« Nous parlons de mettre la puissance du supercalculateur au service de la conception moteur, ce qui permettra d’accélérer le déploiement de nouvelles technologies », a déclaré l’ingénieur mécanique de l’Argonne Janardhan Kodavasal. « Vous laissez l’ordinateur faire le gros du travail. »

La puissance du calcul intensif va non seulement augmenter la qualité et la quantité des simulations tout en réduisant les coûts de développement, mais il permettra également d’élargir le nombre de systèmes différents qui peuvent être simulés en même temps. Les systèmes informatiques plus petits sur lesquels VERIFI a travaillé obligeaient les ingénieurs à se concentrer sur les aspects finis de la conception moteur, tels que les injecteurs ou la dynamique des fluides lors de la combustion. Avec cette nouvelle approche, ils peuvent élargir leurs recherches à l’ensemble du groupe motopropulseur.

« Le moteur à combustion interne moderne est un système extrêmement complexe, nous avons alors besoin de ce type de ressources informatiques pour faire des simulations à l’échelle requise pour permettre de réelles avancées », a déclaré Kevin Harms, développeur logiciel senior à l’ALCF. « C’est un domaine très passionnant de la science informatique qui pourrait avoir des répercussions dans le monde réel grâce à une plus grande efficacité des transports et une réduction des émissions nocives. »

Source : Argonne

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