مكّنت الحوسبة عالية الأداء أعضاء الفريق من إجراء عمليات محاكاة صعبة بنجاح

باحثون من جامعة خليفة يفوزون بأفضل جائزة دولية في المسابقة المرموقة "الهيدروليكية الحرارية النووية باستخدام ديناميكا الموائع الحسابية" في الولايات المتحدة

ساهمت البنية التحتية الفعالة للحوسبة عالية الأداء في جامعة خليفة في تمكين الباحثَيْن، الأستاذ الدكتور عبد الله سفيان برّوك، أستاذ الهندسة الميكانيكية والنووية ورئيس مركز بحوث التحفيز والفصل، وأحمد منجي الأطير، باحث دكتوراه، من الفوز بالنسخة الأولى من المسابقة السنوية المعنية بديناميكا الموائع الحسابية الخاصة بميكانيكا الموائع الحرارية النووية التابعة للجمعية الأمريكية لهندسة الموائع والحرارة في الولايات المتحدة.

وشكلت المسابقة، التي نظمتها المؤسسة الأمريكية للطاقة النووية وشركة "فراماتومي" الرائدة عالميًا في مجال الطاقة النووية، تحديًا صعبًا يتمثل في تطوير نموذج في  غاية الدقة يقوم على ديناميكا الموائع الحسابية لجهاز خلط الغاز متعدد الفوهات والذي تم وضعه في جامعة ميشيغان. وشارك في نسخة عام 2024 من مسابقة ديناميكا الموائع الحسابية، التابعة للجمعية الأمريكية لهندسة الموائع والحرارة المنعقدة في جامعة ولاية أوريغون، 12 مجموعة ركزت بحوثها حول ديناميكا الموائع الحسابية، حيث تم اختيار خمس مجموعات منها لعرض أعمالها في النسخة التاسعة لمؤتمر الهندسة الموائع والحرارة، وفاز فريق جامعة خليفة بالجائزة.

أجرت لجنة من الحكام مقارنة شاملة لنماذج ديناميكا الموائع الحسابية والبيانات التجريبية الخاصة بجهاز خلط الغاز متعددة الفتحات. ووفقًا للحكّام، أظهر نموذج فريق جامعة خليفة أدق النتائج بناءً على جميع المعايير المدروسة وأفضل أداء من ناحية استهلاك الطاقة، ما ساهم في حصولهم على المركز الأول في المسابقة.

وقامت الحوسبة عالية الأداء بدورٍ حاسم في تسهيل نجاح عملية القيام بمحاكاة معقدة لديناميكا الموائع الحسابية والتعامل مع الأحجام الكبيرة للبيانات وتصحيح أخطاء نماذجهم بسرعة وتمكينهم من الحصول على النتائج المطلوبة ضمن الإطار الزمني الضيق للمسابقة. وقد حصل نموذجهم لديناميكا الموائع الحسابية على أفضل الارتباطات مع البيانات التجريبية مع استهلاكه الحد الأدنى من الطاقة الحسابية، ليستعرضوا بذلك أفضل صيغة للنموذج الفعال.

صُمِّم جهاز خلط الغاز متعدد الفتحات في جامعة ميشيغان لدراسة مزيج السوائل داخل المساحات المغلقة الكبيرة، وهو عامل مهم لتصاميم المفاعلات النووية، كما استُخدِمت البيانات من التجارب التي أُجريت في هذا المرفق لاختبار دقة نماذج ديناميكا الموائع الحسابية المقدمة من قِبل المشاركين في المسابقة دون أن يعرفوا النتائج التجريبية قبل الموعد المحدد.

إضافة لذلك، قامت الفرق ببناء نماذج ديناميكا الموائع الحسابية دون القدرة على التخمين أو القيام بتجارب والتعلم من أخطائهم فيها ضمن رحلة الوصول إلى حل، فاكتشف جميع المشاركين مدى تطابق نتائجهم مع البيانات التجريبية فقط عندما عُرِضت النماذج في المؤتمر، ما جعل المنافسة أكثر حدة، خاصة أن الفِرَق اعتمدت فقط على خبرتها في النمذجة لمحاولة التنبؤ بالنتائج.

ويُتوقع أن يكون لهذا الإنجاز أثر كبير على مستقبل بحوث ميكانيكا الموائع الحرارية النووية في دولة الإمارات، حيث أثبتت عمليات المحاكاة المتقدمة لديناميكا الموائع الحسابية ثلاثية الأبعاد أنه لا غنى عنها للقيام بتنبؤات موثوقة عبر مجموعة واسعة من ظروف التشغيل وسيناريوهات السلامة في مجال الطاقة النووية، ويمكن أن توفر هذه النماذج ثلاثية الأبعاد الفعالة حلولًا منخفضة التكلفة اقتصادية للتصدي للتحديات الكبيرة الخاصة بالتحليل الميكانيكي المائي الحراري التي تواجهها النماذج التقليدية أحادية البعد للكمبيوتر، لأنها تفتقر في معظم الأحيان إلى التفاصيل اللازمة والدقة لالتقاط ظواهر ميكانيكا الموائع الحرارية الهامة في المفاعلات النووية.

قال الأستاذ الدكتور عبد الله سفيان برّوك: "يؤكد نجاح هذه المسابقة المرموقة التزام جامعة خليفة بتطوير بحوث الهندسة النووية وإمكاناتها للمساهمة في تشكيل مستقبل القطاع الصناعي للطاقة النووية السلمية في دولة الإمارات، كما يظهر هذا الإنجاز قدرات البنية التحتية البحثية المتطورة للجامعة في المساعدة على إنشاء قاعدة المعارف المتعلقة بالمحاكاة الحرارية والميكانيكية المائية متعددة النطاقات في دولة الإمارات، والتي تهدف إلى تعزيز سلامة المفاعلات الحالية وموثوقية العمليات، وتسريع وتيرة نشر المفاعلات النووية المتقدمة في المستقبل، ويحدوني الأمل في أن هذا النجاح سيشجع المزيد من الدعم لمشاريع الهندسة الميكانيكية والنووية من المجالين الأكاديمي والبحثي.”

مريم ماضي 

مترجمة

5 يونيو 2024