Автоматизированная система подготовки и анализа данных для решения задач вычислительной гидродинамики

• Автор: Балашов, Михаил Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тверь
• Количество страниц: 175 с. : ил.

Содержание
ж Введение

1. Системы вычислительной гидродинамики

1.1. Вычислительные системы для моделирования.

1.2. Препроцессоры генерации расчетных сеток

1.2.1. Расчетные сетки в задачах гидродинамики. Классификация и теоретические основы методов генерации

1.2.2. Системы генерации расчетных сеток.

1.3. Визуализация и анализ результатов моделирования.

1.4. Система подготовки и анализа данных.

2. Подготовка и анализ данных для распределенной информационно

вычислительной системы моделирования.

2.1. Структура системы подготовки и анализа данных.
2.2 Открытый программный интерфейс.
2.3. Объектная модель данных.
2.4. Функциональное обеспечение системы
2.4.1. Функции подготовки, генерации и редактирования расчетной сетки.
2.4.2. Функции визуализации и анализа данных.
3. РИВС с кластерным ресурсом.
3.1. Решатели.
3.1.1. Решатель .
3.1.2. Решатель I
3.1.3. Решатель .
3.2. Препроцессор II.
3.4. Графический постпроцессор .
4. Тестовое исследование возможностей проведения численного эксперимента в РИВС с встроенной системой подготовки и анализа
4.1. Численное моделирование турбулентного течения и теплообмена в трубе с ленточным завихрителем
4.2. Расчет вентиляционных потоков воздуха в помещении с источником тепла и принудительной вентиляцией.
4.3. Моделирование нестационарного течения над открытой каверной с подогреваемыми стенками методом
Заключение
Список авторских публикаций.
Библиографический список
Введение
Компьютерное моделирование является неотъемлемой частью современных научных исследований и инженерных изысканий при проектировании технических систем, в которых имеют место явления тепло и гидродинамического переноса. Примером таких систем могут служить различные энергетические установки, изделия авиа и судостроения, химические аппараты, системы вентиляции и кондиционирования жилых и промышленных помещений, транспортные системы, обитаемые космические и подводные объекты, системы охлаждения промышленных приборов и вычислительной техники. Для моделирования используются методы вычислительной гидродинамики. К настоящему времени реализованы разнообразные численные методы решения термогидродинамических задач, объединение вычислительных мощностей на уровне кластеров позволяет проводить объемное численное моделирование сложных технологических процессов, вести моделирование турбулентных течений прямыми численными методами , , . Во многих случаях численный эксперимент позволяет заменить дорогостоящие натурные эксперименты, а в некоторых случаях провести исследования, невозможные в лабораторной постановке. Разработка вычислительных систем для САПР соответствует перечню приоритетных работ но темам 1.6. Системы математического моделирования и 2.6. Интеллектуальные системы автоматизированного проектирования и управления, входящим в перечень Постановления Правительства РФ пП8 от июля г.
Современные автоматизированные вычислительные системы для математического моделирования содержат в своем составе программные блоки, поддерживающие три основных этапа подготовку данных для вычислений вычислительный эксперимент с использованием специализированного программного кода анализ результатов расчетов.
Для процесса моделирования термогидродинамических процессов методами вычислительной гидродинамики характерны три основных этапа
1 создание модели расчетной области дискретизация расчетной области с генерацией расчетной сетки задание граничных и начальных условий задание множества параметров расчета и контролирующих правил.
2 численное решение вычислительной задачи с решением в наиболее частой постановке полной системы уравнений НавьеСтокса, Эйлера или осредненных по Рейнольдсу уравнений НавьеСтокса , с добавлением уравнений переноса энергии и транспортных уравнений для расчета характеристик турбулентности моделирование с использованием методов , , прямого численного моделирования, метода отсоединенных вихрей и метода моделирования крупных вихрей.
3 анализ и визуализация результатов расчетов построение карт и эпюр для распределения скалярных и векторных полей в сечениях и на заданных поверхностях построение траекторий отмеченных частиц расчет и анализ вторичных скалярных и векторных полей анимация течений.
Качество генерации расчетных сеток во многом определяет качество вычислительного эксперимента в целом, а возможности анализа и интерпретации результатов расчета определяют его применимость и практическую ценность. Поэтому важной составной частью систем моделирования являются системы подготовки и анализа данных пре и постпроцессоры вычислительных систем.
В настоящее время наблюдается процесс интеграции систем моделирования и вспомогательных средств обработки данных в объединенные программные системы комплексы моделирования и инженерного анализа. Примером могут служить системы , , 3, и другие, системы. Как правило они отличаются высокими требованиями к вычислительным ресурсам и требуют больших затрат на обучение пользователей. То же самое относится и к профессиональным
средствам генерации сеток системам вперед, ТгиеСпб, Сп1Тоо1 и другим. В нашей стране эти мощные системы имеют ограниченное распространение.
Актуальность


Постоянно увеличивающаяся производительность численных алгоритмов и расширение возможностей солверов дополняются возможностью распараллеливания вычислений для большинства распространенных платформ, что позволяет ускорить расчеты. Система постпроцессинга предоставляет несколько уровней отчетов, пользователь сам выбирает достаточный для своих целей. Количественный анализ может быть настолько тщательным, насколько это необходимо. Изображения высокого разрешения и анимация доступны для предоставления графической информации, а многочисленные функции экспорта данных предоставляют возможности интеграции с приложениями структурного анализа и системами автоматизированного конструирования. Компания разрабатывает широкую линейку программных продуктов, являясь одним из мировых лидеров в области расчетных технологий, и предлагает пакет программ конечноэлементного анализа, решающий задачи в различных областях инженерной деятельности прочность конструкций, теплодинамика, динамика жидкостей и газов, электромагнетизм, как по отдельности, так и совместно, в связанной постановке, включая междисциплинарный анализ. Препроцессор позволяет создавать геометрические модели собственными средствами, а также импортировать внешние, с возможностью модификации, ремонта, перестроения и передискретизации сетки со сгущениемразрежением. САПР, включающий полностью автоматизированный генератор гексаэдральных сеток. Имеется сеточный генератор, реализующий автоматизированные процедуры генерации тетраэдральных твердых тел произвольной геометрии и возможность создания регулярных сеток из объемных кирпичей в сложных объемах, а также переходных сеток гексаэдрпирамидатетраэдр и автоматическое сопряжение областей. Поддерживается построение нерегулярных сеток на произвольных поверхностях из четырехугольных элементов и создание объемной трехмерной сетки по имеющейся поверхностной, сшивка сеток, создание сеток экструзией линий и поверхностей по произвольному пути. Осуществляется импорт конечноэлементных сеток и двухсторонняя связь с большинством САЕ и тяжелых систем , , , , I и др. Реализована функция проверки качества сетки со средствами визуализации. Используются адаптивные сетки, возможность слияния нескольких моделей в одну. Средства визуализации препроцессора с поддержкой формата реализуют многооконный режим работы и средства трехмерного изображения реальной геометрии. Осуществляется вывод изображений в большинстве графических форматах. Функции постпроцессинга включают классические цветные контурные и векторные представления, эпюры, таблицы, графики, представление результатов в виде изоповерхностей и изолиний в прозрачном теле. Осуществляется построение сечений и разрезов и вывод в них результатов. Имеется возможность селекции элементов по результатам в заданных пределах. Для представления истории нагружения, движущегося сечения с выводом результатов используется анимация. А также имеется специализированная анимация траектории движения частиц. Осуществляется связь с САПР прямой доступ к геометрии тяжелых пакетов, импорт множества стандартных форматов, а также обмен данными с САПР при помощи специализированных функций. Два решателя ii i итерационный метод обусловленных сопряженных градиентов и ii ii i аналогичный метод при параллельном решении имеют возможности по решению задач на больших сеточных моделях. Оба решателя распределенный и традиционный вычисляют большие деформации и смещения. Специализацией пакета является моделирование течений со свободной поверхностью, но также поддерживается моделирование ограниченных и внутренних течений. V см. Графический интерфейс пользователя связывает воедино постановку задачи включая созданиеимпорт геометрии и генерацию сетки, препроцессинг, решение и обработку результатов, предлагая также необходимые для работы утилиты. Для создания сетки 3 использует подход, объединяющий преимущества простой прямоугольной сетки и гибкость деформируемых сеток свободное формирование сетки сетка и геометрия могут быть произвольно изменены независимо друг от друга. Также 3 включает подход, известный как V i V i метод, используемый для описания на прямоугольной сетке геометрии произвольной формы.