Программно-инструментальные средства численного моделирования пространственных турбулентных течений на территориях с промышленной и гражданской застройкой

• Автор: Бас, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 115 с. : ил.

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА 1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ТУРБУЛЕНТНОГО НЕСЖИМАЕМОГО ТЕЧЕНИЯ

1.1. Аналитический обзор работ по расчету турбулентных воздушных потоков

1.2. Система дифференциальных уравнений

1.3. Моделирование турбулентных режимов течения

1.4. Граничные условия

Выводы
ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНЫХ ТЕЧЕНИЙ ОКОЛО КРИВОЛИНЕЙНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

2.1. Уравнения гидродинамики

2.2. Моделирование турбулентности

2.3. Конечно-разностный метод

2.4. Конечно-разностные уравнения
2.5. Конечно-разностная сетка
2.5.1. Сгущение узлов конечно-разностной сетки вблизи поверхностей
2.5.2. Построение криволинейных конечно-разностных сеток
2.5.3. Варианты построения конечно-разностных сеток
2.6. Распараллеливание вычислительного процесса
2.6.1. Виды декомпозиции
2.6.2. Факторы, влияющие на скорость вычислений
2.6.3. Программная реализация распараллеливания
Выводы

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ ОКОЛО ГРУПП ЗДАНИЙ С УЧЕТОМ РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ
3.1. Картины течений около зданий
3.1.1. Обтекание отдельно стоящих зданий
3.1.2. Обтекание отдельно стоящих зданий усложненной формы
3.1.3. Распространение примесей около здания башенного типа
3.1.4. Турбулентные течения около фрагментов городской застройки
3.2. Исследование характеристик течений около зданий
3.3. Исследование асимптотической сходимости разностной схемы
Выводы
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА
МОДЕЛИРОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ
4.1. Обзор существующего программного обеспечения
4.2. Системные требования
4.3. Архитектура программно-инструментальных средств
4.4. Описание подсистем программно-инструментальных средств
4.4.1. Серверное приложение
4.4.2. Клиентское приложение
4.4.3. Приложение построения конечно-разностных сеток
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
ПДК - предельно допустимая концентрация
ЛВС локально-вычислительная сеть
КРС - конечно-разностная сетка
С,- - концентрация г-го загрязняющего вещества
Сх - коэффициент полного сопротивления
ё - ускорение свободного падения
J - якобиан преобразования координат
к - кинетическая энергия турбулентности
кх,ку,к2 - горизонтальные и вертикальная составляющие коэффициента турбулентного обмена М - число Маха
Р - давление
рт - давление набегающего потока
Рг - число Прандтля
Я - универсальная газовая постоянная
Яе - число Рейнольдса
? - время
Т - температура
Тс - постоянная Саттерлэнда
Т5 - температура подстилающей поверхности
ТК - температура набегающего потока
- физические (ковариантные) составляющие вектора скорости
и, V, IV - контрвариантные составляющие вектора скорости
и - пульсационная составляющая вектора скорости
Д Я, Н - физические размеры объектов
х,У,г - декартовы координаты

strm.Read(RecMas, sizeof(RecvdMas)); - принятие данных клиентом.
Далее производится расчет уравнений на указанном сегменте расчетной области, после чего происходит обратная отправка структур серверному приложению (аналогично как и для сервера).
На этапе 8 серверное приложение ожидает приема данных от всех клиентских приложений. Для этого вводится динамический массив булевских флагов
Received: array of boolean; каждый из которых соответствует одному из клиентов. Как только они все станут равными значению «истина» (сервер принял данные от всех клиентов), осуществляется переход на следующий этап.
На этапе 9 принимается решение о продолжении расчетов в зависимости от нескольких критериев (в данном случае от величины максимальной поправки к давлению). В случае принятия решения о продолжении расчетов алгоритм возвращается к шагу 3, иначе производится визуализация полученных результатов (этап 10) и высвобождение сетевых структур из оперативной памяти серверного и клиентских компьютеров (этап 11).
Выводы
При моделировании пространственных турбулентных течений был применен алгоритм численного решения уравнений гидродинамики. «5УМР1£»-метод (полунеявный метод решения уравнений, связанных через давление) основан на выводе конечно-разностных уравнений, полученных с помощью метода контрольного объема при использовании т.н. «шахматной» сетки. Расчет уравнений параметров течения (давление, скорость, и т.д.) производится с помощью циклически повторяемой процедуры «предположение-коррекция». При решении использована криволинейная конечно-разностная сетка, ортогональная в направлении течения. Область интегрирования разбивается на плоскости, в каждой из которых строится ортогональная сетка, что позволяет уменьшить