Simulazione su GPU del rilassamento roto-traslazionale in un gas biatomico tramite calcolo di traiettorie classiche

Numerical models currently used in the calculation of collisions between diatomic molecules within the direct simulation Monte Carlo, are phenomenological models featured by reduced computational effort. The thesis is aimed at developing a mathematical model able to describe the collisional dynamics between oxygen molecules in three-dimensional space, satisfying the physical laws of conservation. The model has been implemented in a direct simulation Monte Carlo, which calculates the roto-translational relaxation of an homogeneous gas, through both a sequential code, and a parallel one. The latter has been deployed through parallel computing on a GPU, studying the increase in efficiency and effectiveness with respect to simulations run on a CPU.

I modelli impiegati per il calcolo delle collisioni tra molecole biatomiche nell' ambito delle simulazioni numeriche Monte Carlo, sono modelli fenomenologici la cui natura consente di ridurne l'onere di calcolo computazionale. Il lavoro di tesi si propone di studiare un modello matematico in grado di risolvere in maniera esatta il moto di collisione tra molecole biatomiche di ossigeno nello spazio tridimensionale, rispettando le leggi fisiche di conservazione degli integrali primi del moto. Il modello è integrato in una simulazione numerica Monte Carlo atta a descrivere il fenomeno di rilassamento roto-traslazionale per un gas omogeneo, implementata sia su un codice sequenziale, sia su un codice parallelo. Per quest'ultimo, si fa uso della tecnologia di parallel-computing su GPU, di cui si studiano efficacia ed efficienza in termini di guadagno di tempi di calcolo rispetto a simulazioni numeriche eseguite su CPU con lo stesso codice di dinamica molecolare.