Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка суперкомпьютерных технологий бессеточного моделирования течений вязкой жидкости на основе лагранжевых методов для решения сопряженных задач взаимодействия систем упруго связанных тел с потоками сплошной среды

Докладчик: Арутюнян Гурген Суренович

Должность: Заместитель руководителя проекта

Цель проекта:
Расчет течений с упругими элементами конструкции является актуальной задачей при проектировании многих технических устройств. Решение таких задач с учетом нестационарного взаимодействия потока сплошной среды с конструкцией требует большого объема вычислительных ресурсов, так как на каждом шаге по времени должны быть согласованно решены уравнения движения среды и тела изменяющейся формы и положения. Существующие подходы, основанные на использовании сеточных методов, требуют перестройки сеток на каждом шаге по времени и итерационного процесса согласования движения тела и жидкости. Это приводит не только к чрезмерно большим затратам вычислительных ресурсов, но и за частую к невозможности решения некоторых задач, например, в случаях, когда время установления по одному физическому процессу оказывается во много раз меньше чем по другим. Целью реализуемого проекта является разработка комплекса научных и научно-технических решений в области создания программного обеспечения для вычислительных технологий бессеточного моделирования при решении сопряженных задач нестационарного взаимодействия упруго связанных тел со сплошной средой в научных и инженерных приложениях на основе двумерного метода вязких вихревых доменов (ВВД) и трехмерного метода вязких дипольных доменов (ВДД).

Основные планируемые результаты проекта:
Основными результатами выполняемой работы является разработка бессеточных методик и алгоритмов для решения сопряженных задач взаимодействия тел с потоком жидкости в двумерной и трехмерной постановке и создание экспериментальных программных комплексов для их отработки и верификации.
В результате выполнения ПНИ предполагается создание:
1. Методика расчета нестационарных сило-моментных нагрузок при обтекании колеблющихся твердых тел на основе лагранжевого дискретного представления эволюции вихревых и дипольных полей в вязкой несжимаемой жидкости.
2. Алгоритм решения сопряженной задачи взаимодействия тел с потоком жидкости в двумерной постановке на основе бессеточного вихревого метода ВВД (Вязких Вихревых Доменов).
3. Алгоритм решения сопряженной задачи взаимодействия трехмерных тел с потоком жидкости на основе бессеточного дипольного метода ВДД (Вязких Дипольных Доменов).
4. Методика прогнозирования нелинейных автоколебаний и авторотации упруго связанных тел в потоке сплошной среды с использованием бессеточного численного решения сопряженных задач динамики и аэрогидродинамики.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Одна из областей применения алгоритмов и методик бессеточного моделирвания – создание новых вибрационных агрегатов и насосов, расчет функционирования парашютных систем и др.
Основным практическим эффектом внедрения создаваемых методик и алгоритмов явлется возможность применения высокоточного моделирования для решения сопряженных задач расчета течений с упругими элементами конструкций, что должно повысить скорость разработки новых изделий и сократить число натурных экспериментов.

Текущие результаты проекта:
Развит бессеточный вихревой метод расчета нестационарных двумерных течений вязкой несжимаемой жидкости на основе уравнений Навье-Стокса, названный методом вязких вихревых доменов (ВВД), и принципиально новый дипольный метод моделирования эволюции вихревых областей как для идеальной (уравнения Эйлера) так и вязкой жидкости (уравнения Навье-Стокса).
Оба метода позволяют эффективно решать сопряженные задачи движения тел в потоках жидкости с учетом действия гидродинамических сил. Благодаря тому, что силы, действующие на тела, линейно выражаются через интенсивности частиц, рождающихся на каждом временном шаге, в линейную систему уравнений, выражающую граничные условия, добавляются уравнения движения тела, в которых гидродинамические силы выражены через эти интенсивности. Таким образом, получается расширенная система линейных уравнений относительно неизвестных значений интенсивностей и скоростей (поступательной и вращательной) движения тел. Это обеспечивает на каждом шаге по времени безытерационное согласование движения жидкости и тел без расщепления шага по времени на гидродинамическую и динамическую части.