16
Календарь конференций
  • 8 апреля – 31 декабря

    Ежегодный Фестиваль школьных средств массовой информации на факультете журналистики МГУ

  • 12 июля

    Лекция члена-корреспондента РАН Ю.М. Батурина "Пять мифов о «цифровизации» или кто такие IT-юристы"

  • 25 – 29 августа

    Международный симпозиум по космическим лучам предельно высоких энергий UHECR-2020

  • 25 – 29 августа

    Симпозиум № 365 Международного астрономического союза «Динамика конвективных зон и атмосфер Солнца и звезд»

  • 1 – 30 ноября

    Внутривузовский этап в МГУ имени М.В. Ломоносова Всероссийского конкурса научно-исследовательских работ студентов и аспирантов "Наука будущего - наука молодых"

  • 23 – 26 ноября

    Всероссийская конференция и XII научная молодежная Школа с международным участием

  • 17 – 18 декабря

    VII Международная научная конференция «Русская литература ХХ–XXI веков как единый процесс (проблемы теории и методологии изучения)»

  • 1 сентября – 31 декабря

    Форум «Гуманитарные науки и вызовы современности»

  • 8 апреля – 31 декабря

    Ежегодный Фестиваль школьных средств массовой информации на факультете журналистики МГУ

  • 2 февраля

    Международная научная конференция "Новые идеи и теоретические аспекты инженерной геологии"

Все конференции
02/08/18

Новый алгоритм для расчёта и моделирования турбулентных потоков

Учёный из МГУ имени М.В.Ломоносова предложил новый алгоритм для расчёта и моделирования турбулентных потоков. До сих пор методы их моделирования были недостаточно точны и совершенны, требовали очень долгого времени для решения многих аэродинамических проблем реальной жизни. Статья о новом методе опубликована в журнале Computer Physics Communications.

Термином «турбулетность» (от латинского слова turbulentus — бурный, беспорядочный) обозначают самопроизвольное образование многочисленных хаотических волн в жидкости или газе при увеличении скорости течения. В технике турбулентность часто стараются подавить — например, у самолетов на концах крыла ставят загнутые кверху детали (винглеты), которые помогают снизить потери топлива из-за образуемых крылом вихрей. В других случаях турбулентные течения создают намеренно. Если снова взять за пример крыло самолета, то по всей его длине могут устанавливаться изогнутые скобы — вихрегенераторы, которые помогают справиться с колебаниями подъемной силы. Специалисты по аэро- и гидродинамике много работают над моделями турбулентных течений (или потоков), чтобы знать, как управлять этими процессами.

Основной недостаток методов вычисления движения турбулентных потоков даже с помощью современных суперкомпьютеров — необходимость интегрирования на больших промежутках времени для сбора надежной статистики и накопление ошибок в вычислениях с течением времени расчета. Это связано как раз с хаотичностью турбулентных течений.

Борис Краснопольский, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник 102 лаборатории общей аэродинамики Научно-исследовательского института механики МГУ, предложил новый метод, способный сократить время расчетов без ущерба для точности результата. Алгоритм основан на решении систем алгебраических линейных уравнений с несколькими правыми частями.

«Для расчета подобных задач сейчас активно используются суперкомпьютеры, однако даже с их помощью высокоточные расчеты актуальных задач могут длиться месяцы.  Предложенный алгоритм позволяет без потери точности сократить в ряде случаев время подобных расчетов в 1,5-2 раза», — прокомментировал ученый.

В самой статье речь идет об улучшении алгоритмов для прямого численного моделирования (direct numerical simulation, или DNS), где используются уравнения Навье-Стокса. Для вихрей берется очень маленький «масштаб» — как в пространстве (то есть, учитываются довольно мелкие изменения), так и во времени (промежуток между моментами, для которых будут получены данные, очень мал). Такой подход дает огромный объем информации на выходе, который трудно проанализировать. Однако ценными могут быть промежуточные значения, которые можно использовать для проверки других моделей.

Автор статьи отметил, что его алгоритм можно применить и для так называемого метода крупных вихрей (large eddy simulation, или LES), который, как понятно из его названия, позволяет работать с большими турбулентными завихрениями. В этом случае влияние мелких течений, не попадающих в «масштаб» метода, можно учесть, если подставить данные, полученные экспериментальным путем. Таким образом, чтобы применить новый алгоритм в моделировании LES, не придется вносить в него изменения.

Кроме того, новый алгоритм использует более эффективные операции с точки зрения архитектуры вычислительных систем, что помогает компенсировать дополнительные накладные расчеты и обеспечить общее ускорение процесса. Для демонстрации корректности нового метода учёный провел с его помощью ряд расчётов и успешно смоделировал турбулентные потоки в прямом канале и в канале, где на пути течений стояла кубическая сетка. Удалось достичь ускорения расчетов в 1,5 раза.

«Опубликованные в статье результаты являются первым этапом проводимых исследований. У данного алгоритма имеется значительный потенциал дальнейшего совершенствования, как с точки зрения области его применимости, так и общего ускорения расчета», — рассказал о перспективах нового метода Борис Краснопольский.

Рассказать об открытии можно, заполнив следующую форму.