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Simulaciones PIC sensibilidad Partículas
Ep 503: Propulsión Espacial; Computación Cuántica; Fusiones de Estrellas de Neutrones; Agujeros Negros
13 de marzo de 20256 momentos
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Juan Carlos Gil explica las limitaciones del método PIC (Particle-in-Cell) para simulaciones, destacando su alta sensibilidad al número de partículas por celda.
…yo utilizaba, simulaba iones en disolución y para mí el agua era un baño con tim. No tenía capacidad de cálculo para explicitar las moléculas de agua. Recordad es parecido. Yo por supuesto mis fuerzas también eran colómbicas y de repulsión entre los átomos. Bien, ¿qué ocurre con este método PIC? Pues que es extraordinariamente ruidos. En cuanto el número de partículas en una celda dada, pues no es de varios miles. En este artículo que os voy a comentar, de hecho, hacen una técnica mucho mejor y calculan el número de partículas que deberías tener por celda para que el PIC diese resultados razonables y le salen 10.000. O sea, necesitaríamos 10.000 partículas en cada celda y describir la pluma con muchos miles de celdas, un número abrumador Bueno, pues que las simulaciones PIX tienen una fluctuación estadística brutal, a no ser que le metas un número absurdo de celdas y de partículas Así que este artículo lo que ha hecho ha sido atreverse, una técnica que ya se conocía, pero que era también muy cara en términos de ordenador y que yo sepa es la primera vez que se utiliza para motores espaciales. Sí que se ha utilizado para fusión nuclear y en astrofísica, simulaciones de Blasov. ¿A ti te suena de algo, Héctor? Esto de simulación de Blasov con dos Vs, tengo que preguntar a Héctor porque lo mencionan en el artículo que no se queda de la corona del Sol,…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil describe cómo estudios recientes han mejorado la simulación de motores electrostáticos al incorporar cinética y considerar electrones, aunque de forma simplificada.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #2simulación motores electrostáticos cinéticamodelo pic partículas en celdamacropartículas electrones cationes malla espacialordenadores cuánticos simulación partículascampo electromagnético motores electrostáticosfuerzas lorentz metapartículas mallamovimiento partículas ley newtonestabilidad numérica paso tiempo…masa y usaban leyes empíricas para los iones de laz, con lo cual te dan un modelo que con una calculadora programable se podría explorar, pero claro, no capturaban nada bien la física del sistema; desde luego nada cinético, era todo completamente estático. Estudios más recientes han mejorado esto; han incorporado de alguna forma la cinética, explicitando los electrones, pero de forma burda. Es lo que se llama el modelo, la forma de simularlo, PIC, P-I-C, Particle in Cell, partículas en celda, que consiste en considerar grupos, no cada partícula independiente. No nos dan los ordenadores todavía; quizá los cuánticos algún día, considerar grupos de partículas cargadas; de nuevo las partículas son electrones y los cationes, lo que llaman macropartículas, hacen una malla espacial y distribuyen macropartículas en esa malla y. entonces se resuelve el campo electromagnético con todas las cargas por ahí dispersas; se calculan las fuerzas de Lorentz resultantes sobre cada una de las metapartículas, macropartículas estas en la malla; se integra su movimiento según la segunda ley de Newton, lo de siempre, con un paso de tiempo chiquitito, pero suficientemente grande para alargar la simulación, pero chiquitito para que no haya estabilidad numérica; se actualizan las posiciones de estas macropartículas y se repite el ciclo todas las veces que puedas. Tal cual lo que hice yo en mi tesis. En los años 90 yo utilizaba, simulaba iones en disolución y para mí el agua era un baño con tim. No tenía capacidad de cálculo para explicitar las moléculas de agua. Recordad es parecido. Yo por supuesto mis fuerzas…
Juan Carlos Gil explica las limitaciones del método PIC (Particle-in-Cell) para simulaciones, destacando su alta sensibilidad al número de partículas por celda.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1simulaciones pic sensibilidad partículasartículo número partículas por celdatécnica computacional cara motores espaciales…yo utilizaba, simulaba iones en disolución y para mí el agua era un baño con tim. No tenía capacidad de cálculo para explicitar las moléculas de agua. Recordad es parecido. Yo por supuesto mis fuerzas también eran colómbicas y de repulsión entre los átomos. Bien, ¿qué ocurre con este método PIC? Pues que es extraordinariamente ruidos. En cuanto el número de partículas en una celda dada, pues no es de varios miles. En este artículo que os voy a comentar, de hecho, hacen una técnica mucho mejor y calculan el número de partículas que deberías tener por celda para que el PIC diese resultados razonables y le salen 10.000. O sea, necesitaríamos 10.000 partículas en cada celda y describir la pluma con muchos miles de celdas, un número abrumador Bueno, pues que las simulaciones PIX tienen una fluctuación estadística brutal, a no ser que le metas un número absurdo de celdas y de partículas Así que este artículo lo que ha hecho ha sido atreverse, una técnica que ya se conocía, pero que era también muy cara en términos de ordenador y que yo sepa es la primera vez que se utiliza para motores espaciales. Sí que se ha utilizado para fusión nuclear y en astrofísica, simulaciones de Blasov. ¿A ti te suena de algo, Héctor? Esto de simulación de Blasov con dos Vs, tengo que preguntar a Héctor porque lo mencionan en el artículo que no se queda de la corona del Sol,…
Juan Carlos Gil describe una simulación donde se conoce la posición y velocidad de cada partícula, lo que implica una violación del principio de incertidumbre.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #11posición y velocidad partícula incertidumbremalla espacio físico celdas dirección xsimetría radial problema espacialvelocidad partículas 256 por 256…mucho para resolver las ecuaciones de Maxwell y muchas cosas, y te ahorra la mitad de tiempo de cómputo. Pues está relacionado, sí; no he entendido del todo el detalle de la técnica que dices, pero claro, yo es que vengo del mundo en el que en una simulación. miras una partícula y sabes su posición y su velocidad, ¿vale? O sea, violas el principio de incertidumbre, no sabes completamente dónde está y qué velocidad tiene, pero aquí van por separado, ¿no? Lo cual es curioso. Bueno, la malla del espacio físico que usan es 800 por 400 celdas, el 800 es la dirección X que es la de escape de las partículas y la Y tiene la mitad, los 800 por 400, bueno porque el problema tiene simetría radial, justifican que les va bien Eso para la espacial y para la velocidad utilizan 256 por 256, porque han usado este número pues se me escapa, es Curioso, han debido optimizar el tamaño de la palabra. Entonces no es una malla literalmente Stagg, son dos mallas en paralelo a escala distinta, porque tienen números de puntos distintos. Sí, sí, y además es radical: 256 por 256, curiosísimo. Bueno, usan…
Juan Carlos Gil explica cómo las simulaciones con bajo ruido les permiten calcular magnitudes dependientes de momentos más altos, como la función de distribución de velocidades de los electrones y su temperatura.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4malla más grande espacio fasessimulaciones pic contornos densidad ionespotencial electrónico eléctrico resultanteerrores ridículos método pic bordes colafrancis describe simulaciones maravillosofunción distribución velocidades electronestemperatura flujo calor plumasimulaciones bajo ruido gil…hemos buscado las vueltas. Sí, ahora veo en el artículo por qué se necesitan tantos; pone eso, que se necesitan, son 40.000 millones de puntos de malla. Es que la malla de 800x400 en cada punto de esa malla se aplica a su vez la malla en velocidad de 256x256. Tienes muchas 256x256, tantas como 800x400 Entonces obviamente necesitas un tamaño, una malla mucho más grande de lo que pensábamos Claro, porque los has segregado y por tanto tienes que considerar todo el espacio de fases, la multiplicación de ambos de alguna forma Bueno, pues eso, calculan con esta cantidad de CPUs contornos de densidad de iones y electrones por separados, el potencial electrónico eléctrico resultante, los comparan con simulaciones previas del método este más burdo PIC, por supuesto son congruentes, pero el PIC tiene unos errores ridículos, sobre todo en los bordes de la cola, y esto le da igual, es súper suave, como diría Francis, es maravilloso con lo ¿Cuál, bueno, validan sus simulaciones y este bajo ruido es lo que nos permite calcular magnitudes que dependen de momentos más altos? Tienes la función de distribución de velocidades de los electrones y por tanto su temperatura, su flujo de calor y bueno, pues caracterizan varias cosas interesantes de la pluma que no se conocían. O sea, estamos hablando, en fin, que estas técnicas de verdad permiten acceder a la física del problema sin tener que fabricar los motores. Primero, la distribución de velocidades axial a lo largo de la pluma es prácticamente más hueliana, con una pequeña pérdida, lo que llaman una cola negativa, en la dirección de vuelta al motor; mientras que la dirección transversal, radial, tiene una…
Sara introduce la parte más interesante del proceso, explicando cómo se generaron 18.000 puntos de datos mediante simulaciones híbridas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #7simulaciones híbridas pic fluidos electronesiones y átomos neutros sarafluidos sin masa simulaciones sara…eso, el flujo de propelente, la diferencia de potencia de entrada en el cátodo, el tamaño del canal de descarga En fin, 13 cosas físicas y como os decía, da lugar a la salida, al impulso y a la corriente y al gasto eléctrico, vamos El modelo lo entrenaron, Aquí Sara empieza lo divertido para ti yo creo, con 18.000 puntos, 18.000 generados, ¿cómo? Por simulaciones. Simulaciones híbridas, de las que hablamos antes, PIC, y esas para iones y átomos neutros pero para los electrones utilizaban de nuevo un fluido sin masa porque si no no les daría para hacer 18.000 ¿vale? De esos 18.000 puntos, 13.500 correspondían a simulaciones de motores Hall reales que fabrican de la serie KHT, que fabrican dos de las entidades del estudio. Dos de las propias filiaciones del estudio hacen motores iónicos y por eso han financiado este…
Tras analizar los resultados del modelo Hall NN y su entrenamiento, Juan Carlos Gil describe cómo la red entrenada ofrece una mejora significativa en el tiempo de cálculo en comparación con las simulaciones iniciales.
Habla: Juan Carlos GilPalabras #13modelo hall nn entrenamientosimulación chunga tiempo cálculored entrenada 9000 veces menosblaso tardaba 4 días 800 núcleos…los resultados del entrenamiento con la gráfica de los errores de mínimos cuadráticos es una pasada. O sea, es que ves como la gráfica es del libro, como baja el error, qué gozado. Es tremendo, o sea, conseguimos mejores resultados que las simulaciones. un poquito chunguillas, no eran blaso, eran pic más fluido sin masa, pero claro, una vez que está la red entrenada, a toda caña, dicen que tardan 9.000 veces menos que la simulación chunga esta, la blaso ya decíamos que tardaba 4.000, ¿cómo era? 4 días en 800 núcleos O sea, esto es un Modelo que está disponible, que ahora vas con tus parámetros de diseño y te saca el empuje, lo cual es realmente bueno. Acabo Héctor, no me pongas esa cara. La propulsión eléctrica es la, junto a la nuclear, la tecnología clave de propulsión de los próximos…