08/01/2020 - AIRATOM. Un proyecto con 35 millones de horas de cálculo en un supercomputador para lograr aviones menos contaminantes

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El CMT-Motores Térmicos de la Universitat Politècnica de València participa en un proyecto europeo que utilizará 35 millones de horas de cálculo en el supercomputador Joliot-Curie para lograr aviones menos contaminantes. Joliot-Curie es el computador más potente de Francia y tercero de Europa (es capaz de realizar 22.000 billones de operaciones por segundo), para conseguir aviones menos contaminantes.

Así puede resumirse AIRATOM (Primary spray breakup modelling of prefilming AIRblast ATOMizers in aeronautical burners), la ambiciosa iniciativa en la que trabaja actualmente el Instituto CMT-Motores Térmicos de la Universitat Politècnica de València (UPV) gracias a los recursos facilitados por la red europea PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe), situándose a la vanguardia del uso de la supercomputación para la mejora de los motores aeronáuticos.

Descripción de la atomización del combustible en motores aeroderivados

Raúl Payri, catedrático de la UPV, miembro del CMT-Motores Térmicos e investigador principal, explica que, "a través de simulaciones de alta fidelidad, el objetivo de AIRATOM es el desarrollo de un modelo fenomenológico que describa la atomización del combustible en motores aeroderivados, es decir, cómo el combustible inyectado se va disgregando en ligamentos y, posteriormente, en gotas".

Así mismo, Payri destaca que "el acoplamiento de este modelo a las simulaciones de menor fidelidad llevadas a cabo en la industria permitirá aumentar la fiabilidad en sus predicciones de la formación de hollín, posibilitando el desarrollo de diseños que reduzcan la formación de emisiones contaminantes de los aviones del futuro".

Una información imposible de obtener por otros medios

La resolución de las simulaciones de tipo DNS (Direct Numerical Simulation), en las que no es necesario modelar la turbulencia, aportará información que no es posible obtener por otros medios.

"La mayoría de trabajos experimentales en este campo", señala Francisco Javier Salvador, también catedrático e integrante de CMT-Motores Térmicos, "se centran relativamente lejos del atomizador (atomización secundaria), dado que la alta densidad del chorro líquido previo a atomizarse dificulta la aplicación de técnicas ópticas o, al menos, su fiabilidad en el campo cercano. Es por ello que el uso de simulaciones de alta fidelidad en dicha zona aportará nueva información esclarecedora respecto a la rotura inicial del combustible y la atomización primaria, con un nivel de detalle escasamente explorado en esta aplicación".

Esta metodología, además, es aplicable a otros ámbitos más allá de sistemas de producción de energía como las turbinas de gas. Según explica Salvador, permitiría, así mismo, entender mejor el papel de la atomización en aplicaciones farmacéuticas -como en el uso de aerosoles- o en agricultura -por ejemplo, en la difusión de plaguicidas-.

Salto de calidad sin precedentes

Marcos Carreres, profesor contratado doctor e investigador en CMT-Motores Térmicos, afirma que, "en los últimos años, nuestro grupo ha tenido acceso continuado a recursos HPC (high-performance computing) a través de la Red Española de Supercomputación, utilizando alrededor de dos millones de horas de cálculo anuales. La concesión del PRACE implica un salto de un orden de magnitud en nuestra capacidad de simulación y, por tanto, un salto de calidad en nuestra capacidad predictiva".

La iniciativa, en la que también colaboran investigadores del BSC (Barcelona Supercomputing Center) se enmarca en el proyecto ESTiMatE (Emissions Soot Model) del programa Clean Sky 2 Joint Undertaking, de Horizonte 2020 (H2020). En este proyecto, la UPV cuenta entre sus socios con otras universidades de reconocido prestigio de Alemania y los Países Bajos.

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