Трехмерное численное моделирование высокоэнергетических импульсных процессов

• Автор: Султанов, Валерий Гулямович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 146 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава I. Параллельные системы и крупномасштабное
численное моделирование
Глава II. Описание реализация метода СІР
Глава III. Пространственное моделирование струйных
течений: эволюция, структура, неустойчивость
Глава IV. Метод индивидуальных частиц для равномерных
прямоугольных сеток
Глава V. Высокоскоростной удар - трехмерное
моделирование
Заключение
Литература
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
С развитием компьютерной техники и вычислительных методов стало возможным более детальное исследование вихревых и струйных течений. Именно такого рода течения определяют многие процессы в природе и в технических агрегатах: развитие смерчей и тайфунов, движение газовых потоков в турбинах, впрыск топлива в ракетных прямоточных двигателях, перемешивание компонент в химических реакторах и т.п. Все эти процессы требуют точного расчёта и прогноза, что невозможно без активного использования методов численного моделирования [1,9,11].
Специфической особенностью интересующих нас процессов является их сугубо нелинейная природа и многостадийный характер, когда одновременно развиваются взаимосвязанные разномасштабные по времени и пространству события. Всё это предъявляет жёсткие требования к используемым численным алгоритмам и делает непригодными многие традиционные методы решения газодинамических задач. Так, например, большинство известных численных схем, применяемых для решения газодинамических задач ударно-волнового воздействия, обладают неудовлетворительными дисперсионными свойствами и приводят к существенным искажениям не только фазовых, но и групповых скоростей волновых пакетов, формирующих вихревые и струйные течения [2-7].
Подавляющая масса расчетов в этой области проводилась в двумерной постановке [8], что естественно накладывало существенные топологические ограничения на структуру течений, а, следовательно, на качество и достоверность полученных результатов. Представляется интересным снять это ограничение и провести серию экспериментов по 3-х мерному численному моделированию упомянутых выше явлений.

На основании специально проведённых исследований и накопленного опыта численного моделирования для решения широкого круга задач сложных гидродинамических течений было выделен наиболее оптимальный с точки зрения точности и экономичности алгоритм: метод С1Р [10,11]- При выборе метода учитывалась возможность его распараллеливания, так как современное 3-х мерное численное моделирование невозможно без использования параллельных вычислительных платформ.
С другой стороны анализ типичных процессов физики взрыва и соударения показывает, что их характерными особенностями являются: большие деформации, наличие значительного числа свободных и контактных границ, разрывов, фазовые и структурные превращения, пересечение и самопересечение границ и разрывов, изменение топологии областей за счет процессов разрушения.
Математическое моделирование явлений взрыва и соударения с учетом всех перечисленных выше особенностей - трудная задача, до конца не решенная в настоящее время. Дело в том, что при всем многообразии численных методов интегрирования систем уравнений, описывающих нестационарные движения сжимаемой среды, невозможно указать безусловно лучший по всем показателям. Сравнение различных численных методов и разностных схем с указанием на их достоинства и недостатки имеется в литературе [2-7].
Поэтому выбор метода индивидуальных частиц [12-14], позволяющий моделировать разнообразные процессы, сопровождающие явления пробивания и соударения, в качестве альтернативного методу СЕР для данного круга задач неслучаен. Использование этих методов, каждого в своей области позволяет проводить более качественные расчеты без каких-либо специальных ухищрений.

объектно-ориентированных языков, но для нас, в текущий момент важно, что его подмножеством является язык С.
В подавляющей массе случаев выбор языка программирования определяется личными вкусами программиста, его предшествующим опытом работы в данной предметной области. Поэтому можно говорить только о субъективном взгляде на эту проблему. Но, даже с учетом этих факторов, выбор в качестве языка реализации Си и Си-г+ является наиболее оптимальным в силу следующих причин:
- распространенности и наличие компиляторов практически на всех существующих в мире платформах (учитывая то, что подавляющая масса из них, - это клоны ЬШиХ),
- наличие единого стандарта AN.SH Си,
- наибольшая гибкость данных языков, с одной стороны являющихся языками высокого уровня, с другой позволяющих выполнять многие низкоуровневые операции,
- и, наконец, большую популярность этого языков в среде разработчиков и программистов, которые разрабатывают новые пакеты, ориентируясь в основном на этот круг языков.
2.З.1.2. Коммуникационные пакеты.
Вот уже более 20 лет параллельное программирование является одним из главных направлений исследований в области вычислительной техники [15,18,19]. За это время было предложено множество различных языков, пакетов, расширений языков. Выбор того или иного пакета для распараллеливания достаточно непростое дело. С одной стороны он должен обладать достаточной гибкостью, с другой - не загромождать программиста излишними деталями. Но самым главным фактором все-таки является его распространенность и признанность, иначе, реализовав программу в какой-то конкретной среде, Вы рискуете оказаться у разбитого корыта, когда перенос на другую платформу окажется просто