Вычислительная гидродинамика

Вычислительная Гидродинамика

Вычислительная гидродинамика
Сезонное повышение уровня морей и океанов.
Совет молодых ученых. Институт океанологии РАН https://.com/smuioranВоды озер, морей и океанов северного полушария вращаются против часовой стрелки, а воды южного полушария вращаются по часовой стрелке, образуя гигантские водовороты.

 Основной причиной вращения водоворотов являются, местные ветра, впадающие в моря и океаны реки и отклоняющая сила Кориолиса.

Показать полностью…
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Ocean_gyreИ чем выше скорость ветров, тем выше скорость вращения водоворотов, и как следствие, выше центробежная сила водоворотов, благодаря чему повышается уровень вод морей и океанов.

А чем ниже скорость вращения водоворотов, тем ниже уровень вод морей и океанов.

https://youtu.be/ihM1I5r_MUg

Скорость течений по периметру морей и океанов не везде одинакова и зависит от глубины побережья. В мелководной части морей и океанов течение движется быстро, а в глубоководной части морей и океанов течение движется медленно..

Сезонное повышение уровня вод наблюдается не по всему побережью морей и океанов, а только на тех побережьях, где высокая угловая скорость течений и как следствие, высокая центробежная сила воды. (Центробежная сила F = mv2/r).На прямолинейных побережьях, где течения не обладают угловой скоростью, уровень вод не повышается..

Воды Финского залива вращаются против часовой стрелки, образуя водоворот в виде эллипса.И когда сезонные юго- западные ветры раскрутят водоворот до 5 км/час, повышается центробежная сила водоворота, благодаря чему на восточном побережье Финского залива уровень вод повышается до 30 см.Аналогичная схема сезонного повышения уровня вод наблюдается во всех озерах, морях и океанах..

Средняя глубина Финского залива составляет около 50 метров, на восточном побережье около 5 метров, на западе залива около 100 метров, по этой причине на восточном побережье Финского залива линейная и угловая скорость течений гораздо выше (на сколько меньше глубина побережья, на столько повышается скорость течений)..

В Финском заливе сезонное повышение уровня вод имеют два пика: в августе- сентябре, и в декабре-январе и по времени совпадают с сезоном юго- западных ветров.Скорость течения в Финском заливе достигает от 2 до 17 км/час, а максимальная скорость течения на Земле достигает 30 км/час, скорость ветра более 100 км/час.

http://goo.gl/eYVTo6

http://esimo.oceanography.ru/esp1/index.php?sea_code=1§ion=6&menu_code=1734 Воды Северного моря вращаются против часовой стрелки, образуя огромный водоворот.И когда сезонные северо-западные штормовые ветры раскрутят водоворот (до 20 км / ч на южном побережье), повышается центробежная сила водоворота, благодаря чему, на южном побережье Северного моря уровень повышается до 5 метров.(Штормовой нагон 2,5 метра, центробежный нагон 2,5 метра).

https://de.m.wikipedia.org/wiki/Datei:North_Sea_Curre..

https://en.m.wikipedia.org/wiki/North_Sea_flood_of_1953Воды Каспийского моря вращаются против часовой стрелки, образуя водоворот в виде эллипса. И когда сезонные ветры и половодная река Волга раскрутят водоворот, повышается центробежная сила водоворота, благодаря чему, на северном побережье Каспийского моря уровень вод повышается до 1 метра..Средняя глубина Каспийского моря составляет около 200 метров, на северном побережье около 5 метров, на южном побережье около 500м. Благодаря чему, на севере Каспия скорость течения повышается с1 до 10 км/час. В Каспийском море пик сезонного повышения уровня вод наблюдается в июне- августе и по времени совпадает с сезоном ветров, и половодьем реки Волга. Во время засухи над бассейном реки Волга уровень Каспийского моря не повышается.

http://tapemark.narod.ru/more/06.png

http://goo.gl/47tXq2В Бенгальском заливе в сезон муссоных ветров скорость водоворота повышается до 10 км/час, благодаря чему, сезонное повышение уровня вод достигает 1,2 метра.

http://www.aziya-tur.ru/bengal'skii-zaliv.php

Сезонное повышение уровня Черного моря (до 40 см) более всего выражено в юго-восточной части моря, где летом угловая скорость течений достигает максимального значения.

http://tapemark.narod.ru/more/07.html

Предположение, что причиной сезонного повышения уровня вод может быть давление атмосферы, сток рек, разность температур и соленость вод не выдерживает критики, эти факторы могут повысить уровень вод на несколько см., но не более.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Annual_cycle_of_sea_l..

https://research.csiro.au/slrwavescoast/sea-level/sea..
http://www.okeanavt.ru/tainiokeana/1066mifosrednemuro..Представленную теорию можно легко проверить, по связи скорости течений с уровнем морей и океанов.(Опираясь на карту глубин и течений, морей и океанов).

Продолжение: Форум Федеральная целевая программа «Мировой океан» http://okeany.com/forum/784.htm

Форум. Российский университет дружбы народов http://rudn.club/fizmat/prilivy-i-otlivy-rezultat-vra.. Французский «Морской форум» (Обсуждение).

«http://forummarine.forumactif.com/t9357-le-flux-et-reflux-es..

Причина образования сероводорода в Черном море. 
Кафедра океанологии МГУ https://.com/ocean_msu  Ветровые волны, перемешива­ясь обогащают кислородом воду только на г­лубину нескольких десятков метров поверх­ности морей и океанов, а водовороты доставляют обогащенную кислородом воду на глубину более 10 км. (Марианская впадина).

Показать полностью… Как это происходит:

Воды озёр, морей и океанов северного полушария вращаются против часовой стрелки, а воды южного полушария вращаются по часовой стрелке, образуя гигантские водовороты. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Ocean_gyre

Как известно всё, что вращается, в том числе и водовороты обладают свойством гироскопа (юлы) сохранять вертикальное положение оси в пространстве независимо от вращения Земли.

Если смотреть на Землю со стороны Солнца, водовороты, вращаясь вместе с Землей опрокидываются, благодаря чему водовороты прецессируют, в результате происходит вертикальное перемещение океанических вод. http://goo.gl/AM5g1s

Представленную теорию можно легко проверить, по связи содержания кислорода, со скоростью вращения водоворотов. Опираясь на карту глубин и течений морей и океанов. Чем выше скорость течений, тем больше содержание кислорода и меньше содержание сероводорода.

https://youtu.be/ihM1I5r_MUg https://youtu.be/X6PavdKXIE8

Список морей с низким содержанием кислорода: Чёрное море. Восток Средиземного моря. Мексиканский залив. Фьорды Норвегии. Как мы видим, водовороты участвуют не только в горизонтальной циркуляции вод морей и океанов, но и в вертикальной.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Dead_zone_(ecology)

https://www.scientificamerican.com/article/ocean-dead.. Коэффицент содержания кислорода можно выразить математически по следующей формуле О = V/G V — скорость вращения водоворота, км/час. G — глубина водоёма, км.Черное море 0,2/1200 = 0,00016Охотское море 1/800 = 0,0012 Вертикальное перемещение океанических вод можно убедительно смоделировать с помощью несложного опыта. Для этого, наполовину заполненный сосуд с вращающейся жидкостью (ведро, стакан, миксер), надо вращать вокруг себя (по орбите). Если жидкость в ведре вращается вправо, то ведро вокруг себя (по орбите) надо вращать влево.

В океане с водоворотами и течениями связаны многие явления природы, без которых океан может обойтись, но вертикальная и горизонтальная циркуляция, это жизненно важное явление природы, без которого жизнь в океане, была бы невозможна. http://bourabai.ru/articles/black_sea.htm

Продолжение: Форум Федеральная целевая программа «Мировой океан» http://okeany.com/forum/570.htm

Форум. Российский университет дружбы народов http://rudn.club/fizmat/prilivy-i-otlivy-rezultat-vra.. Форум Кембриджского университета

https://www.thenakedscientists.com/forum/index.php?to..

Приливы и отливы (Волны убийцы) — результат вращения Земли и водоворотов
https://.com/wall-24606912_14872 «Благодаря приливным силам земная кора на широте Москвы с периодичностью два раза в сутки поднимается и опускается с амплитудой около 20 см. На экваторе размах колебаний превышает полметра».. Согласно Лунной теории о приливах, самые высокие приливы и отливы должны возникать на экваторе, но их там нет, почему? Водоворотная теория о приливах объясняет этот феномен отсутствием на экваторе водоворотов, также как циклонов и антициклонов, почему? Для образования водоворотов циклонов и антициклонов, необходима отклоняющая сила Кориолиса, а на экваторе сила Кориолиса минимальна, а в умеренных поясах, максимальна.

«Самые высокие приливы на Земле известны в заливе Фанди в Северной Америке — 18 м, в устье реки Северн в Англии — 16 м, в заливе Мон-Сен-Мишель во Франции — 15 м, в губах Охотского моря — Пенжинской и Гижигинской — 13 м, у мыса Нерпинский в Мезенском заливе — 11 м»..

Водоворотную теорию о приливах можно ле­гко проверить по связи высоты приливной­ волны со скоростью вращения водоворотов­.. Список морей со средней скоростью враще­ния водоворотов более 0,5 км/час, и сред­ней высотой приливной волны более 5 см: Ирландское море, Северное море, Баренце­во море, Море Баффина, Белое море, Берин­гово море, Охотское море, Аравийское мор­е, Саргасово море, Гудзонов залив, Залив­ Мэн, Залив Аляска. и т.д.. Список морей со средней скоростью враще­ния водоворотов менее 0,5 км/час, и сред­ней высотой приливной волны менее 5 см: Балтийское море, Гренландское море, Чер­ное море, Азовское море, Каспийское море­, Чукотское море, Карское море, Море Лап­тевых, Красное море, Мраморное море, Кар­ибское море, Японское море, Мексиканский­ залив, и т.д.. 

Всем здравствуйте!
Очень нужна ваша помощь!… Необходимо создать динамическую компьютерную модель пневмосистемы. Необходимо совместить гидродинамику (сжимаемая жидкость) и механику движения поршня в одной модели.

Не знаю какую прогу можно использовать. Солид например может либо одно либо другое, а вместе никак (на сколько мне известно). Тоесть движение под действием потока газа, разницы давлений и тп у солида не получается…

Да, солидворкс не считает 2-фазные среды. Может попробовать газ с частицами воды? Но это так колхоз конечно

Программисты! Физики! Математики!Вступайте в группу:»Вычислительная Гидродинамика»

(вступили, — перепостите, плз)

Источник: https://vk.com/cfdyn

Вычислительная гидродинамика

Вычислительная гидродинамика

Этапы развития вычислительной гидродинамики

Основные задачи вычислительной гидродинамики

Применение вычислительной гидродинамики

Значительным подразделом физики, изучающим механические процессы, происходящие в сплошных средах, состоящим из численных, математических и физических методов для точного определения особенностей присущих потоковым процессам является вычислительная гидродинамика.

Любое научное исследование в сфере вычислительной гидродинамики опирается на ключевые постулаты газо- и гидродинамики потоков, описанные уравнениями:

  • Сохранения энергии;
  • Сохранения внутреннего импульса;
  • Пространственной неразрывности;
  • Реального состояния (относится к газам).

В зависимости от имеющихся в задачах требований, среды бывают несжимаемыми или сжимаемыми. В случае с несжимаемой средой сложность формул значительно снижается.

Формулы служат в основном для описания приблизительной модели потоков сред, способной дополняться формулами, учитывающими химические реакции, турбулентность, перенос вещества, электромагнитные взаимодействия, многофазность.

Нелинейные дифференциальные уравнения второго порядка описывающее каждый из вышеописанных постулатов складывается в систему, имеющую аналитическое решение в сравнительно простых случаях, с несложной геометрией при недостатке для задачи числа Рейнольдса. Численное решение задачи, для расширенного диапазона процессов в природе и технологии, возможно только в случае замены в уравнениях производных окончательными разностями, сформированными в небольших интервалах пространства и времени.

Решение подобных систем уравнений возможно различными методами:

  • окончательных разностей;
  • окончательных объёмов;
  • окончательных элементов;
  • сглаженных дискретных элементов;
  • с учётом функции случайного распределения величины вероятности.

Этапы развития вычислительной гидродинамики

Начало механического этапа развития техники для выполнения расчётов ознаменовалось появлением соответствующих уровню развития механики в 17 в. вычислительных приборов и устройств, реализующих механические принципы выполнения расчётов. Подобные устройства базировались на механических элементах обеспечивающих перенос старшего разряда автоматически.

Динамично развивающееся инженерное моделирование, применяющее методы вычислительной гидродинамики, получило поддержку крупных компаний работающих по всему миру, помогая в его становлении и развитии в промышленных масштабах.

Данное направление науки зародилось в исследованиях, проводимых для военной и аэрокосмической отраслей, и зависело от наличия и уровня вычислительной техники. С течением времени интерес к нему стали проявлять представители гражданских промышленных кругов.

В развитии вычислительной гидродинамики исследователями выделяется три основных этапа:

  • 1-я волна – 70-е, 80-е годы, характеризуемые началом коммерческого периода;
  • 2-я волна – 90-е годы, ознаменованы появлением в научно-исследовательских и конструкторских подразделениях промышленных корпораций вычислительной аппаратуры;
  • 3-я волна – 2000-е годы и по сей день, характеризуется применением при проектировании любой продукции вычислительной гидродинамики.

Характерными чертами оборудования, применяемого на первом этапе становления вычислительной гидродинамики в исследованиях под руководством профессора Сполдинга в Америке, являлись примитивность ресурсов, неудобство и недоразвитость инструментов ввода данных, интерфейса пользователя и графики. Размер моделей был ограничен, поэтому потребовалось повышение требований к проектированию физических и геометрических задач. Комплексная оценка полученных данных требовала обязательной проверки получаемой модели.

Открывшиеся более широкие возможности для вычислительной гидродинамики на втором этапе развития впервые позволили привлечь массу заинтересованных пользователей, обладающих опытом постановки и решения задач в промышленности. Применяемые принципы моделирования были основным инструментом для проектирования продукции инженерами, не обладающих опытом работы с подобной системой и дополнительными знаниями методов чисел.

Характерные для третьего этапа развития вычислительные аппараты дали возможность экспертам в разных областях и новичкам поднять науку на новый уровень, поставив на рынок уникальные технологии, реализующие передовые методы. Нетрадиционные подходы и инновации в современном вычислительном оборудовании, ещё больше разнообразят эту сферу.

Основные задачи вычислительной гидродинамики

Гидродинамика изучает движение жидкостей и газов в идеальных условиях и в реальности. Кроме того, она рассматривает движущую силу протекающей жидкости – разности давлений. Основными задачами науки является:

Внутренняя – анализ параметров характеризующих движущуюся по трубам и каналам жидкости;

Внешняя – выявление закономерностей сопровождающих процесс обтекания препятствия, перемешивания, осаждения и т.д.

Задачи вычислительной газо- и гидродинамики отличаются большей сложностью с точки зрения вычислений по причине нелинейного характера начальных моделей и их численных характеристик при анализе.

Существует масса разнообразных методов применяемых к решению задач вычислительной гидродинамики в разных подходах. Условно их делят на три класса: лагранжевы – для движущихся совместно с частицами среды сеток; эйлеровы – для неподвижных сеток; смешанные — совмещающие положительные стороны двух классов.

Для решения задач связанных с гидроупругостью лучше применять смешанные и лагранжевы методы, поскольку при расчётах постоянно изменяется занимаемая жидкостью или газом область, форма меняется в зависимости от деформации и смещения обтекаемых тел, зависящего от гидродинамических нагрузок действующих на него.

Имеется очень малочисленный класс задач, имеющий очень важное практическое значение, подразумевающий подробное моделирование течений происходящих с низкими дозвуковыми скоростями, при котором влиянием, оказываемым сжиманием среды можно пренебречь. В случае сравнительно небольшой, отличной от нуля области завихрения (характерной для моделирования обтекания снаружи материального тела) решение эффективнее выполнять с применением лагранжевых сеточных вихревых методов.

Повышение скорости вычислений является основной темой достаточно большого количества изысканий: главные направления увеличения скорости подсчёта – использование приблизительных скоростных методов и использование параллельных алгоритмов вычисления с подключением новейших достижений в области технологий. Во время выполнения расчётов могут привлекать внимание как распределение по обтекаемому профилю давления и интегральные величины оказывающих на него потоком нагрузок – силы подъёма, момента аэродинамики, фронтального сопротивления, так и изменяющегося поля скоростей и давления.

Применение вычислительной гидродинамики

Основными направлениями использования вычислительной техники являются:

  • Применение в численных расчётах вычислительной техники;
  • Использование в автоматизированных и автоматических информационных системах возможностей вычислительной техники.

Вычислительная гидродинамика изначально создавалась для решения сложнейших аэрокосмических задач — точных расчётов ракетных двигателей, анализа физико-химических явлений вокруг боеголовок ракет и самолётов летающих на сверхзвуковой скорости.

На сегодняшний день сфера применения достижений вычислительной гидродинамики значительно расширилась за счёт появления гражданских приложений.

Методы присущие этому разделу физики с попутным привлечением коммерческих программ применяют для решения следующих основных задач:

  • Автомобилестроительная отрасль – расчёт характеристик сопротивления автомобильного корпуса воздушному потоку, вентилирования салона и пространства под капотом, процессов при сгорании топлива.
  • Аэрокосмическая отрасль – расчёт и моделирование обтекаемости корпусов ракет и самолётов, процессов происходящих в турбореактивных двигателях.
  • Производство материалов – проработка процессов литья металлов и пластмасс в формы, создание модели процессов происходящих в реакторах.
  • Строительная отрасль – расчёт сопротивлений в системах вентиляции и распределения воды, моделирование нагрузок на сооружения под воздействием ветра.
  • Энергетическая отрасль – расчёт количества горелок в котлах и уровень выбросов вредных веществ.

Вычислительная гидродинамика оказывает в целом значительное влияние на развитие современной техники в мире. Она также способна помочь в разрешении чрезвычайных ситуаций путём моделирования распространения попадающих в водную или воздушную среду загрязнений, а так же моделирования направления распространения пожара в лесу или городе для его последующей ликвидации.

Источник: https://sciterm.ru/spravochnik/vichislitelnaya-gidrodinamika/

CFD: Вычислительная гидродинамика

Вычислительная гидродинамика

Немногим менее сорока лет назад команда Tyrrell выиграла чемпионат мира с машиной, собранной в скромном гараже за домом Кена Тиррелла. В те времена над аэродинамикой машины при помощи простейших инструментов работала горстка специалистов.

Сегодня на совершенствование аэродинамики тратятся десятки миллионов долларов, однако и в этой области технологии постепенно меняются.

Если раньше основное внимание уделялось работе в аэродинамических трубах, то в последнее время все больше средств вкладывается в лаборатории вычислительной гидродинамики (CFD).

Эти технологии используются в Формуле 1 около 15 лет, за это время суперкомпьютеры стали меньше и прибавили в производительности.

Два с половиной года назад BMW Sauber подняла планку, запустив в Хинвиле один из самых быстрых суперкомпьютеров в Европе – Albert 2, стоимостью около 20 миллионов долларов и производительностью более 12 Терафлопс.

После перехода Sauber под контроль BMW число сотрудников, занятых в отделе CFD, возросло вчетверо. Многие считают, что успех BMW Sauber в 2007-м и 2008-м был обусловлен, в том числе, и работой с Albert 2. Он позволил просчитать решения, которые невозможно имитировать в аэродинамической трубе, вроде изменения характеристик потока при боковой нагрузке на шины в поворотах.

Суперкомпьютер Williams несколько скромнее, но и он производит внушительное впечатление. Производительность этого комплекса ценой в 15 миллионов долларов, по слухам, составляет около 8 триллионов операций в секунду. Этот монстр работает 24 часа в сутки и 365 дней в году – логично, учитывая, что на его запуск уходит около часа…

Натан Игл, глава отдела CFD команды Williams: «По сравнению с тем, что было десять лет назад, наша техника позволяет совершать примерно в 100 раз больше операций за единицу времени».

Натан Игл рассказывал о возможностях компьютерного моделирования, сидя в своем офисе на базе Williams перед обычным компьютером, на экране модель машины Формулы 1, выполненная со 100%-й точностью. Это не просто графическая копия реального объекта, в этой модели учтена каждая деталь.

Можно рассмотреть все до мельчайших подробностей, например, убрать кожух двигателя и увидеть переплетение выхлопных труб.

В доказательство Натан усердно вертит модель, позволяя ознакомиться с ней со всех сторон, и в конце концов снимает переднюю левую шину, чтобы рассмотреть тормозной механизм.

Однако зачем все это? Как работает CFD и в чем смысл этой технологии?

Цель использования вычислительной гидродинамики – просчитать аэродинамическую эффективность каждого отдельного элемента и всей конструкции в целом без изготовления реальных образцов деталей и работы в настоящей аэродинамической трубе. Грубо говоря – это та же труба, только виртуальная, и «продуваются» в ней виртуальные машины. К сожалению, технологии еще не настолько развиты, чтобы решать подобные задачи парой кликов, процесс достаточно сложный и трудоемкий.

С точки зрения аэродинамики, машина Формулы 1 – это набор поверхностей, обладающих различными характеристиками. Для работы с вычислительной гидродинамикой необходимо представить все эти данные так, чтобы они были понятны для компьютера, перевести информацию о реальном физическом объекте на компьютерный язык.

Представьте себе огромную сеть, с тысячами крошечных сегментов, которая обволакивает машину Формулы 1.

Каждый из квадратиков сети делится по диагонали пополам, образуя плоские треугольники, максимально совпадающие с поверхностью машины. Таким образом машина представляется совокупностью маленьких треугольников — полигонов.

Идеального совпадения реальной поверхности и виртуальной добиться невозможно, но в целом результат получается приемлемый.

Далее суперкомпьютер производит расчёты. Программа позволяет оценить поведение воздушного потока при столкновении с тысячами плоских треугольников, понять, какова будет скорость, давление, температура.

Следующий этап – интерпретация полученных данных, и это самый важный момент всего процесса.

Вычисления всегда содержат неточности, поэтому повторяются до тех пор, пока уровнем погрешности можно будет пренебречь.

Предположим, нужно проверить эффективность нового переднего антикрыла и ваша модель состоит из миллиона треугольников.

По итогам вычислений вы получите информацию о давлении, скорости потока, завихрениях для каждого из них – примерно 800 миллионов единиц информации о том, как будет вести себя переднее антикрыло и как оно будет взаимодействовать с другими элементами конструкции машины. 800 миллионов – не мало ли?

Натан Игл: «Это приемлемая цифра. Конечно, чем больше информации, тем лучше. Однако нам приходится делать большие допущения, главным образом в области изучения турбулентности. Чтобы с достаточной точностью просчитать все аспекты турбулентности, нам бы понадобился примерно в сто раз более мощный компьютер.

В принципе, такие машины существуют, их используют в метеорологии, но встает вопрос об экономической целесообразности – в нашей ситуации цель не оправдывает средства. Сейчас наши компьютеры в разы производительнее тех, что использовались пять лет назад.

Но я бы не стал покупать компьютер еще в сто раз более мощный – потратив уйму денег мы бы получили совсем небольшой эффект».

В современной Формуле 1 вычислительная гидродинамика совершенно незаменима – и как инструмент развития машины, и как технология, позволяющая экономить время.

Натан Игл: «Несколько лет назад мы использовали одну удачную, как нам казалось, деталь. Но мы проверили ее с помощью CFD, и выяснилось, что есть небольшая зона, в которой воздушный поток ведет себя не лучшим образом. Докопаться до такой мелочи в аэродинамической трубе было бы очень сложно и дорого».

А что насчет настоящих аэродинамических труб? Их век подходит к концу? Нет. Возможности CFD растут с каждым годом, совершенствуются технологии и средства моделирования, но пока рано говорить об отказе от привычных инструментов – аэродинамические трубы еще долго будут служить Формуле 1.

Натан Игл: «В принципе, можно построить машину, работая только в аэродинамической трубе. Можно обойтись и без неё, используя только CFD. Но, лучше сочетать эти два инструмента. Именно так и поступают в большинстве команд».

Для некоторых задач лучше использовать трубу, для некоторых – суперкомпьютер. Преимущество CFD в том, что можно проверить, как себя будет вести та или иная деталь ещё до её изготовления.

Ведь для продувки детали в аэродинамической трубе необходимо подготовить точную модель, которую каждый раз необходимо делать заново, если вносятся какие-то коррективы.

Кроме того, с помощью CFD выгодно рассматривать детали в их взаимодействии, получать представления о самых мелких подробностях и обнаруживать проблемы на ранней стадии.

Натан Игл утверждает, что проверка переднего антикрыла занимает у суперкомпьютера Williams немногим менее суток. Много, но если запустить такой процесс на обычном персональном компьютере, то он бы занял около полугода.

Натан Игл: «Время вычислений зависит от сложности задачи. Мелкие проблемы решаются за пару часов, если необходимо просчитать нечто серьезное и объемное, то мы запускаем процесс на ночь, а с утра ответ готов».

В аэродинамической трубе многие вещи становятся понятны буквально за пару минут, поэтому даже когда компьютеры станут на порядок мощнее, для привычных инструментов всегда найдётся работа…

Источник: https://www.f1news.ru/tech/53434.shtml

Этапы развития вычислительной гидродинамики

Рисунок 1. Механический этап развития вычислительной техники. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Представление о становлении инженерного моделирования в вычислительной гидродинамике разрабатываются и поддерживаются в промышленных масштабах крупными многонациональными компаниями.

Из-за привязанности к существующим вычислительным аппаратам, развитие этого научного направления происходило в основном посредством научно-исследовательских проектов для оборонной и аэрокосмической промышленности, однако вскоре все больше интереса проявлялось и со стороны гражданской промышленности.

На сегодняшний день исследователи выделяют три основных периода развития вычислительной гидродинамики:

  • первая волна: начало коммерческого период в 70-х и 80-х;
  • вторая волна: в 90-х, появление вычислительных аппаратных установок в конструкторских и научно-исследовательских отделах промышленных корпораций;
  • третья волна: 2000-е и по настоящее время, вычислительная гидродинамика становится неотъемлемой и важной частью процесса проектирования любого продукта.

Отличительными характеристиками первого периода в развитии гидродинамики вычислительных приборов, который уходит корнями в исследовательские проекты под руководством американского профессора Сполдинга, стали: примитивный и неудобный пользовательский интерфейс ввода информации, рудиментарная графика и очень простые вычислительные ресурсы.

Все это значительно ограничивало максимальный размер модели. Эти ограничения привели к надобности формирования более высоких требований к пользователю в отношении проектирования геометрии и физики. Таким образом, возникла комплексная оценка полученных данных, а проверка результатов моделирования была обязательным шагом рабочего процесса.

Концепция второй волны открыла совершенно новые возможности современного рынка, потому что вычислительная гидродинамика впервые охватывала гораздо более обширную группу пользователей, которые имеют промышленные задачи и опыт их дальнейшего решения. Также это был тот период, когда инженеры смогли без дополнительных знаний численных способов и, не имея опыта работы с данной системой, использовать принципы моделирования в качестве главного инструмента проектирования продукта.

Продолжающая развитие гидродинамики вычислительных аппаратов третья волна, предоставила новичкам и экспертам из других областей возможность выйти на новый уровень, освежив рынок уникальными передовыми технологиям. В настоящее время сфера вычислительных приборов становится все более разнообразной за счет инновационных и нетрадиционных подходов.

Основные задачи вычислительной гидродинамики

Рисунок 2. Гидродинамика. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Замечание 1

Задачи вычислительной гидро- и газодинамики являются одними из наиболее сложных с вычислительной точки зрения в силу нелинейности исходных математических моделей и характеристик их численного анализа.

Выбор подхода к решению задачи вычислительной гидромеханики не всегда является очевидным; существует огромное количество различных методов, которые упрощенно можно разделить на 3 класса: эйлеровы – расчет ведется на неподвижной сетке; лагранжевы — сетка движется вместе с частицами среды; гибридные подходы соединяют в себе преимущества методов обоих классов.

При решении задач гидроупругости предпочтительными являются лагранжевы и гибридные методы, поскольку область, занятая жидкостью или газом, изменяется на каждом шаге расчета: ее форма зависит от деформации и перемещения обтекаемых тел, которые, в свою очередь, определяются действующими на них гидродинамическими нагрузками.

Существует весьма узкий, однако крайне важный с практической точки зрения класс задач, предполагающий точное моделирование течений с малыми дозвуковыми скоростями, когда влиянием сжимаемости среды можно в итоге пренебречь.

Если область, в которой завихренность отлична от нуля, сравнительно невелика (что обычно наблюдается при моделировании внешнего обтекания материальных тел), то для решения таких задач могут быть особенно эффективны сеточные лагранжевы вихревые методы.

Вопросам ускорения вычислений в вихревых методах посвящено достаточное количество работ; основные пути повышения скорости счета — это использование приближенных быстрых методов и применение параллельных вычислительных алгоритмов с применением новейших технологий.

При проведении практических расчетов в зависимости от решаемой задачи могут представлять интерес как нестационарное поле скоростей среды и поле давления в ней, так и распределение давления по обтекаемому профилю, а также интегральные величины действующих на профиль со стороны потока нагрузок — лобового сопротивления, подъемной силы и аэродинамического момента

Применение вычислительной гидродинамики

Рисунок 3. Применение вычислительной техники. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Вычислительная гидродинамика изначально развивалась для решения сложных задач аэрокосмической промышленности – точный расчет камер сгорания ракетных моторов, учет всех физико-химических процессов при обтекании основных частей боеголовок и энергии сверхзвуковых самолетов.

Замечание 2

В настоящее время сфера применения вычислительной гидродинамики в значительной мере расширена гражданскими приложениями.

Существует определенный список задач, решаемых с помощью методов данного раздела физики с использованием коммерческих программ:

  1. Автомобильная промышленность: установление параметра сопротивления главного корпуса машину движущемуся воздушному потоку; постоянная вентиляция салона и подкапотного салона; проектирование горения топлива.
  2. Аэрокосмическая промышленность: детальное моделирование обтекания ракет и самолетов; пожаробезопасность салонов летающих аппаратов; моделирование физико-химических явлений в турбореактивных моторах.
  3. Технологические процессы изготовления материалов: проектирование литья пластмасс и металлов в форму; моделирование биологических и химических процессов в реакторах.
  4. Строительство: точный расчет ветровых нагрузок на сооружения; определение возможных сопротивлений воздуховодов и водо-раздаточных аппаратов.
  5. Энергетика: учет горелок для сжигания топлива в котлах и расчет выбросов оксидов азота котлами.

В целом, вычислительная гидродинамика несет в себе значимую роль в развитии современного технического мира. Также применение данного направления в физике крайне важно при чрезвычайных ситуациях, так как посредством его методов можно смоделировать направления распространения загрязнений в водной и воздушной среде, и предотвратить распространение пожаров в лесах и городах.

Источник: https://spravochnick.ru/fizika/mehanika_sploshnyh_sred/vychislitelnaya_gidrodinamika/

Booksm
Добавить комментарий