Bilim insanları, türbin kanatlarında oluşan mikroskobik hasarın jet motoru performansını, yakıt verimliliğini ve dayanıklılığını nasıl olumsuz etkilediğini ortaya çıkarmak için dünyanın en güçlü süper bilgisayarlarından birini kullandı.
Eksa ölçekli süper bilgisayar teknolojisi
Proje, Melbourne Üniversitesi, GE Aerospace ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’ndan (ORNL) araştırmacıları bir araya getirdi ve Frontier süper bilgisayarında simülasyonlar gerçekleştirdi. Sistem, saniyede bir katrilyondan fazla hesaplama yapabilen, açık bilim için ilk eksa ölçekli süper bilgisayardır.
Hewlett Packard Enterprise Frontier (OLCF-5) olarak bilinen ve açık bilim için dünyanın en güçlü süper bilgisayarı olan Frontier, yüksek basınçlı türbin (HPT) kanatlarında yüzey bozulmasının aerotermal verimliliği ve jet motorlarının içindeki ısı transferini nasıl etkilediğini analiz etti.
Melbourne Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü’nde hesaplamalı mekanik bölüm başkanı Richard Sandberg: “Aşınma mikro ölçekte gerçekleşiyor ve bu da zaman ve uzunluk ölçeklerindeki tutarsızlık nedeniyle simülasyonu çok zorlaştırıyor; büyük bir kanadınız var, ancak yüzeyde bu kadar küçük değişiklikler de oluyor” dedi.
Jet motorlarındaki yüksek basınçlı türbinler, gaz sıcaklıklarının 2.000 santigrat derecenin (3.600 Fahrenheit) üzerine çıktığı aşırı koşullar altında çalışır. Zamanla, türbin kanatları erozyon, oksidasyon ve mekanik aşınma nedeniyle yüzey pürüzlülüğüne maruz kalır. GE Aerospace’de Türbin Aerodinamiği ekibinde kıdemli mühendis olan Greg Sluyter: “Bu pürüzlülük, aerodinamik kaybı önemli ölçüde artırabilir, bu da daha kötü yakıt verimliliğine ve ısı akışına yol açarak dayanıklılığın azalmasına ve daha sık motor bakımına neden olur” diye belirtti.
Bu aşınma kaçınılmaz olsa da, motor verimliliği üzerindeki etkisini tahmin etmek uzun zamandır mühendisleri zorluyor. Sorunu çözmek için ekip, Frontier’ın exascale hesaplama gücünü kullanarak 10 ila 20 milyar ızgara noktası ve 1017 serbestlik derecesi içeren simülasyonlar gerçekleştirdi. Bu simülasyonlar, pürüzlülüğün basit geometrilerde viskoz akışı nasıl etkilediğine dair önceki kavramların türbin motorlarının geometrilerine iyi uygulanmadığını ortaya koydu. Melbourne Üniversitesi’nde profesör ve çalışmanın ilk yazarı olan Dr. Thomas Jelly: “Pürüzlülük etkilerine dair tüm anlayışımız, kanonik problemler olarak adlandırdığımız şeylere dayanmaktadır” dedi.