1990 г. предсказа бъдещето. Как една безумна идея отпреди 35 години позволява на НАСА да приземява кораби, а на хирурзите – да извършват сърдечни операции

Комбинирането на пространството и времето в симулациите помага за решаването на проблеми, които преди това се считаха за неразрешими.

Изследователи от Университета Райс и Университета Васеда представиха нови методи на изчислителната динамика на флуидите, които значително подобряват точността на моделиране на сложните процеси в реалния свят. Научната работа, ръководена от Тайфун Тездуяр, Джеймс Ф. Барбър и Кенджи Такизава, е описана в новата им книга „Изчислителен анализ на потоците в пространството и времето“.

Тездуяр предлага подхода за пространствено-времевия анализ на потока още през 1990 г. като начин за по-точно описание поведението на флуидите. От 1998 г. насам по-голямата част от разработките са извършени в Университета Райс, а през 2007 г. Такизава се присъединява към проекта, разширявайки международното сътрудничество. В тази концепция пространството и времето се разглеждат заедно, а не поотделно, както често се прави в класическите схеми.

Според Тездуяр малко групи в света са в състояние да се справят с такъв широк кръг от проблеми с такава прецизност. Той подчертава, че екипът се занимава със случаи, които преди са били смятани за практически нерешими, и постига висока степен на съвпадение между модела и реалния процес:

„В реалния живот моделът на потока зависи не само от мястото, но и от конкретен момент във времето. Не можете да пренебрегнете един от тези компоненти и да очаквате по-добър резултат.“

Разработената методология вече е използвана в различни отрасли – от медицината до космическата индустрия и енергетиката. НАСА използва този подход за проектиране на парашутите за кацане на космическия кораб Orion, за да се гарантира надеждното им отваряне при влизане в атмосферата. В медицината моделирането на кръвния поток през сърдечните клапи помага на хирурзите да планират по-точно лечението. Производителите на автомобили използват модела, за да анализират аеродинамиката и охлаждането на гумите, като по този начин подобряват безопасността и живота на продуктите. В сектора на възобновяемите енергийни източници методът се използва за оценка на турбулентните отпечатъци от вятърните турбини и за оптимизиране разположението на вятърните паркове, като се отчитат рисковете за авиацията, безпилотните самолети и дивата природа.

Едно от ключовите предимства на подхода е възможността за „сгъстяване“ на изчислителната мрежа точно там, където това е критично: в зоната на контакт между гума и път или в момента на затваряне на клапата. За разлика от традиционните схеми, които губят точност поради разреждането на точките, пространствено-времевите модели на Тездуяр и Такизава запазват високо ниво на детайлност в цялото поле на потока и по време на целия процес.

Авторите подчертават, че сложната геометрия на обектите в реалния свят почти неизбежно поражда също толкова сложни, променящи се във времето и пространството модели на потока. За да се получат най-добри резултати, числените методи трябва да описват еднакво внимателно както структурата на потока в пространството, така и неговото развитие във времето. Точно това осигурява техният пространствено-времеви анализ – инструмент, който е израснал от математически уравнения, но решава доста приложни проблеми от промишлеността до здравеопазването.