HPC4MfG projekt proizvodnje papira donosi prve rezultate

DOE Announces 10 HPC Projects to Advance U.S. Manufacturing (Srpanj 2019).

Anonim

Simulacije koje se izvode na Nacionalnom laboratoriju Lawrence Berkeley, američkog Ministarstva energetike, kao dio jedinstvene suradnje s Nacionalnim laboratorijem Lawrence Livermore i industrijskog konzorcija, mogli bi pomoći američkim proizvođačima papira značajno smanjiti troškove proizvodnje i povećati energetsku učinkovitost.

Projekt je jedan od sadnica za inicijativu DOE-a HPC za proizvodnju (HPC4Mfg), više laboratorijskih napora za korištenje računalstva visokih performansi za rješavanje složenih izazova u proizvodnji SAD-a. Kroz HPC4Mfg, Berkeley Lab i LLNL partneriraju se sa Agenda 2020 Technology Alliance, grupom tvrtki za proizvodnju papira koja ima putokaz kako bi smanjio potrošnju energije za 20 posto do 2020. godine.

Industrija za proizvodnju papira nalazi se treća među najvećim potrošačima energije u zemlji, iza samo naftne rafinerije i kemijske proizvodnje, prema američkoj Energy Information Administration. Kako bi se riješio taj problem, istraživači LLNL i Berkeley Lab koriste napredne tehnike modeliranja superračunala kako bi utvrdili načine na koje proizvođači papira mogu smanjiti potrošnju energije i vode tijekom postupka proizvodnje papira. Prva faza projekta usmjerena je na "mokro prešanje" - energetski intenzivan proces u kojem se voda uklanja mehaničkim pritiskom od drvene pulpe u šprice koje pomažu apsorbiranju vode iz sustava poput spužve prije nego što se šalje kroz postupak sušenja,

"Glavna je svrha iskoristiti naše napredne simulacijske mogućnosti, resurse za računanje visokih performansi i podatke industrije papira za tisak kako bismo pomogli u razvoju integriranih modela za precizno simuliranje postupka vodenog papira", rekao je Yue Hao, znanstvenik LLNL i glavni istražitelj projekt. "Ako možemo povećati suhoću papira nakon prešanja i prije sušenja (pozornice), to bi omogućilo industriji papira da štedi energiju".

Ako bi proizvođači mogli povećati suhoću papira za 10-15 posto, dodao je, to bi uštedjelo proizvođačima papira i do 20 posto energije koja se koristi u fazi sušenja - do 80 trilijuna BTU-a (toplinske energije) godišnje i koliko kao 400 milijuna dolara za industriju godišnje.

Multi-scale, modeliranje višefizike

Za HPC4Mfg projekt, istraživači su koristili računalni simulacijski okvir, razvijen u LLNL-u, koji integrira mehaničku deformaciju i dvostupanjske modele protoka te model pune brzine mikroskopa koji je razvijen u Berkeley Labu radi modeliranja složenih struktura pora u pritisnite štapiće.

Doprinos Berkeley Lab-a usredotočio se na tijek i transportni razrješivač u složenim geometrijama koje je razvio David Trebotich, računalni znanstvenik u Odjelu za računalnu istragu u Berkeley Labu i co-PI na projektu. Ovaj se rješavač temelji na Chombo softverskim bibliotekama razvijenima u laboratorijskim aplikacijskim brojevima algoritama i temelj je za druge aplikacijske kodove, uključujući Chombo-Crunch, protokol podvodne površine i reaktivni transportni kod koji je upotrijebljen za proučavanje reaktivnih transportnih procesa povezanih sa sekvestracijom ugljika i evoluciju frakture. Ovaj skup alata za simulaciju poznato je da se izvodi na ljestvici na superračunalima u Nacionalnom znanstvenom računarskom centru za istraživanje energetskih znanosti (NERSC) tvrtke Berkeley Lab, ustanovu DOE Office of Science Facility.

"Koristio sam tijek i transport solvers u Chombo-Crunch za modeliranje protoka u papirni tisak osjetio, koji se koristi u procesu sušenja", objasnio je Trebotich. "Tim u LLNL-u ima pristup koji može uhvatiti većeg razmjera prešanja ili deformacije, kao i protok u rasutom smislu, međutim, nije sve zamrške filca i papira zarobljeno ovim modelom, samo skupno svojstva tijek i deformacija. Moj je zadatak bio poboljšati svoje modeliranje u kontinuiranoj ljestvici dajući im povećani omjer propusnosti i poroznosti od podataka simulacije pora. "

Trebotich je vodio niz produkcijskih staza na NERSC-ovom sustavu Edison i uspio je svojim kolegama LLNL-a pružiti brojeve iz tih mikrosječnih simulacija pri komprimiranim i neupotpunim pritiscima, što je poboljšalo svoj model, dodao je.

"Ovo je bilo točno" HPC za proizvodnju ", rekao je Trebotich, ističući da je tim nedavno objavio konačno izvješće o prvoj fazi pilot projekta. "Koristili smo 50.000-60.000 jezgri u NERSC-u za provedbu tih simulacija. Jedna je stvar uzeti istraživački kod i prilagoditi ga za određenu aplikaciju, ali je još jedna stvar koja bi bila učinkovita u industrijskim svrhama. pomažu modele inženjerskog mjerenja da budu precizniji informiranjem boljih parametriranja iz mikro-mjernih podataka. "

Napredovanje, stvaranje točnijeg i pouzdanog računalnog modela i razvijanje boljeg razumijevanja tih složenih pojava, istraživači kažu da trebaju dobiti cjelovitije podatke iz industrije, kao što su svojstva papirnog materijala, mikro-CT slike visoke razlučivosti papir i eksperimentalne podatke izvedene iz znanstveno kontroliranih ispitivanja vode.

"Znanstveni izazov je da moramo razviti temeljno razumijevanje kako voda teče i migrira", rekao je Hao. "Sva fizička pojava koja je uključena čine ovaj problem teškom jer proces odvajanja vode nije potpuno razumljiv zbog nedostatka dovoljnih podataka".

menu
menu