Томский ученый придумал, как быстро рассчитать распределение тепла в помещении. Раньше для таких расчетов требовались суперкомпьютеры, а теперь хватит обычной видеокарты — справится даже домашний ПК. Это поможет эффективнее отапливать цеха, офисы и больницы, правильно расставлять обогреватели и вентиляторы, избегая застоя воздуха. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в Chinese Journal of Physics.

Обычно для расчета отопления используют уравнение теплового баланса, но оно не учитывает движение воздуха — как холодный опускается вниз, а теплый поднимается. Есть более точная модель, которая описывает эти потоки, но ее расчеты слишком сложны: каждый шаг требует решения уравнения Навье — Стокса, а это под силу только суперкомпьютерам.

Ученый из Томского политеха нашел способ упростить задачу. Вместо уравнения Навье — Стокса он применил уравнение Больцмана — оно работает быстрее, потому что не требует постоянных проверок на сплошной поток. Теперь расчеты занимают полторы минуты на средней видеокарте.

Уравнение Больцмана — формула, описывающая, как частицы (например, молекулы воздуха) движутся и сталкиваются. В отличие от уравнения Навье — Стокса, оно не требует проверки «неразрывности» потока на каждом шаге, поэтому вычисляется быстрее.

Почему это важно

• Заводы — можно точно греть только рабочие зоны, экономя энергию.
• Больницы — избежать застоя воздуха, где скапливаются вирусы.
• Офисы — равномерный обогрев без пылевых вихрей.

Хочу ускорить расчеты еще больше, распределив задачи между несколькими видеокартами, — говорит Александр Ни, руководитель проекта. — Тогда мы сможем в реальном времени следить за тепловыми потоками в цехах и предотвращать аварии.

Главный плюс исследования — экономия. Заводы тратят меньше энергии на обогрев, больницы снижают риск распространения инфекций, офисы становятся комфортнее. Вторая выгода — масштабируемость: метод работает на обычном ПК, значит, его легко внедрить. Третий аспект — безопасность: цифровые двойники цехов помогут заранее находить слабые места в системах вентиляции.

Метод опирается на уравнение Больцмана, которое упрощает реальные условия. Турбулентность — хаотичный процесс, и даже небольшие погрешности в расчетах могут накапливаться. Пока неясно, как модель поведет себя в очень больших помещениях или при резких изменениях температуры. Возможно, потребуются испытания в реальных условиях.

Ранее мы писали, какие инновации используют сегодня для экономии на коммунальных платежах.