Investigadores en BCAM ganan la 24º convocatoria PRACE Project Access

El proyecto ha obtenido 31 millones de horas de cálculo en el supercomputador JUWELS del centro alemán Jülich Supercomputing Centre (JSC)

La investigadora principal Margarida Moragues, Marie-Curie Posdoctoral Fellow, y su equipo de siete investigadores han obtenido el premio PRACE Project Access en su 24º convocatoria para el proyecto High-fidelity simulations of isolated and installed jets using a high-order discontinuous Galerkin method. Las 31 millones de horas en el supercomputador JUWELS del centro alemán Jülich Supercomputing Centre (JSC) supondrán una importante contribución para poder llevar a cabo los objetivos científicos fijados por el grupo.

El proyecto galardonado con el premio PRACE consiste en la simulación numérica del ruido de los motores de las aeronaves, que es el ruido generado por el chorro turbulento detrás de los motores de los aviones. Reducir los niveles de ruido es uno de los objetivos clave para un futuro sostenible de la aviación. Las simulaciones numéricas del ruido del chorro, basadas en la dinámica de fluidos computacional, son una importante herramienta de predicción tanto para la industria aeronáutica como para la comunidad científica. El proyecto realizará simulaciones de flujos compresibles, que calculan la evolución espacial y temporal del chorro turbulento, incluidas las escalas acústicas y se considera el enfoque más fiable para predecir el ruido del chorro dentro del área de la aeroacústica computacional.

Ésta se trata de una convocatoria muy competitiva. Es la segunda vez que Margarida Moragues y su equipo aplicaban y la primera en la que su supervisor Prof. Spencer Sherwin en BCAM – Imperial Collegue de Londres, con una amplia carrera investigadora, ganaba una convocatoria de estas características. El equipo cuenta con la participación de Prof. Spencer Sherwin, Chris Cantwell, Daniel Lindblad y João Isler del Imperial Collegue de Londres, Jack Lawewnce de la Unviersidad de Southampton, Anderson Proença de la Universidad de Cranfield y Simone Marras del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey.

En esta ocasión hemos hablado con la investigadora principal, Margarida Moragues, posdoctoral Fellow en BCAM, sobre cómo recibió la noticia y lo que supondrá este premio para su proyecto Marie-Curie.

• ¿Qué sentiste tu y tu equipo al saber que habíais sido uno de los proyectos galardonados en la convocatoria?

En esta historia, no conseguimos inmediatamente lo que buscábamos, pero avanzamos rápida y firmemente paso a paso hasta nuestro éxito. Era la segunda vez consecutiva que nos presentábamos a la convocatoria PRACE de Acceso a Proyectos. La primera vez que nos presentamos, hace un año, los objetivos de nuestro proyecto sobre simulaciones del ruido de los aviones ya estaban claros. Pero el proyecto estaba en una fase temprana de maduración y la propuesta no prosperó. Después, obtuvimos una asignación de 3,5 millones de horas de núcleo de la Red Española de Supercomputación (RES) para el superordenador Marenostrum del Barcelona Supercomputing Center. Esto fue suficiente para obtener nuestros primeros resultados de simulación de la tobera en una malla gruesa. Nos alegró ver que el campo aerodinámico en esos resultados preliminares mostraba una buena concordancia con los datos experimentales. Sin duda, esto nos dio más credibilidad cuando nos presentamos por segunda vez al proyecto PRACE Access. Esta vez nuestra propuesta obtuvo la máxima puntuación de los revisores científicos.

Nos alegramos mucho cuando supimos que esta vez habíamos tenido éxito, ya que esto significaba que los objetivos de nuestro proyecto eran factibles. Además, en ese momento estábamos totalmente preparados para empezar a utilizar el tiempo de computación asignado, ¡así que todo estaba listo para empezar!

• ¿En qué consisten las horas de cálculo en un supercomputador? ¿Qué impacto tienen para el proyecto?

Antes de presentar nuestra propuesta, probamos la escalabilidad y el rendimiento de nuestro código, Nektar++, en tres superordenadores diferentes de la lista Tier-0 de PRACE para aumentar nuestras posibilidades de éxito. Basándonos en el rendimiento observado y en las simulaciones previstas, hemos calculado el total de horas de núcleo necesarias para nuestro proyecto. Se nos ha asignado casi la totalidad de las horas de núcleo que requeríamos en la propuesta. En concreto, se nos han asignado 31 millones de horas de núcleo en el superordenador Juwels del Centro de Supercomputación de Juelich (Alemania). La duración del proyecto es de un año y el consumo de horas de núcleo debe estar igualmente equilibrado a lo largo del proyecto. Por ello, era muy importante que estuviéramos totalmente preparados para empezar a ejecutar nuestras simulaciones.

El impacto del tiempo de computación asignado a nuestro proyecto es enorme. En este proyecto pretendemos simular el ruido de los chorros en números de Reynolds elevados, es decir, para chorros muy turbulentos. Nuestro objetivo es predecir las frecuencias acústicas que corresponden a un número Strouhal de hasta 10 para un chorro aislado, y a un número Strouhal de hasta 5 para un chorro instalado. Esto representa un amplio espectro de escalas aerodinámicas y aeroacústicas a resolver que se traduce en un coste computacional muy elevado. Hoy en día, sólo una asignación de acceso al proyecto PRACE puede permitirse tal coste computacional. En otras palabras, nuestros objetivos no podrían alcanzarse sin dicha asignación.

Nuestros objetivos representan un gran avance en el campo de la aeroacústica computacional, ya que la mayoría de los estudios realizados hasta la fecha se limitan a números Strouhal de 3 a 6 para un chorro aislado. Aunque es costoso desde el punto de vista computacional, el aumento del número Strouhal más alto predicho cumple uno de los objetivos industriales más relevantes en este campo actualmente, ya que es importante para la certificación del ruido y la evaluación de las tecnologías de reducción del ruido.

• Después de las horas de cálculos, ¿cuáles son los siguientes pasos en la investigación?

Dentro de un año más o menos, nuestro plan de simulación para este proyecto PRACE Access estará terminado y se realizará el correspondiente análisis y validación de los resultados. Entonces, tendríamos más información sobre el potencial de los métodos de Galerkin discontinuo de alto orden para predecir el ruido de los chorros a altos números de Strouhal. Las conclusiones de este estudio tendrían sin duda un gran impacto en el campo de la aeroacústica computacional.

Al final de la asignación del proyecto PRACE Access, nuestra principal financiación para este proyecto estará a punto de finalizar, concretamente, mi beca individual MSCA y el proyecto europeo H2020 DJINN que financia a mis colegas del Imperial College. Llegados a ese punto, habrá varios aspectos interesantes que podrán estudiarse con más detalle, como la resolución de la capa límite a la salida de la tobera y su impacto en el ruido predicho. Esta y otras cuestiones se abordarán o no en función de la financiación existente en ese momento.