Программный комплекс Flow Modellium для расчета высокоскоростных течений сжимаемого газа

 
Код статьиS004446690003544-9-1
DOI10.31857/S004446690003544-9
Тип публикации Статья
Статус публикации Опубликовано
Авторы
Аффилиация: МФТИ
Адрес: Российская Федерация
Название журналаЖурнал вычислительной математики и математической физики
ВыпускТом 58 Номер 11
Страницы1932-1954
Аннотация

В работе представлен опыт создания программного комплекса FlowModellium , предназначенного для моделирования высокоскоростных течений сплошной среды с учетом неравновесных химических реакций. Описаны используемая разностная схема и двухуровневый алгоритм параллельных вычислений. Приводятся примеры расчетов.

Ключевые словасверхзвуковые течения, вычислительная аэродинамика, неравновесная химия, неструктурированная сетка, ТВД схема, суперкомпьютерные расчеты
Источник финансированияРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект 18-19-00098).
Получено15.01.2019
Дата публикации15.01.2019
Цитировать   Скачать pdf Для скачивания PDF необходимо авторизоваться
Размещенный ниже текст является ознакомительной версией и может не соответствовать печатной.

всего просмотров: 1104

Оценка читателей: голосов 0

1. А.С. Козелков, Ю.Н. Дерюгин, Д.К. Зеленский, В.А. Глазунов, А.А. Голубев, О.В. Денисова, С.В. Лашкин, Р.Н. Жучков, Н.В. Тарасова, М.А. Сизова Многофункциональный пакет программ ЛОГОС для расчета задач гидродинамики и тепломассопереноса на суперЭВМ. Базовые технологии и алгоритмы // Сборник трудов XII Международного семинара “Супервычисления и математическое моделирование”. 11-15 октября 2010. Саров, Россия, pages 215–230, 2011.

2. И. В. Абалакин, П.А. Бахвалов, А.В. Горобец, А.П. Дубень, Т.К. Козубская Параллельный программный комплекс NOISETTE для крупномасштабных расчетов задач аэродинамики и аэроакустики // Выч. мет. программирование. 2012. Т. 13, 3. С. 110–125.

3. G.A. Faranosov, V.M. Goloviznin, S.A. Karabasov, V.G. Kondakov, V.F. Kopiev, M.A. Zaitsev Cabaret method on unstructured hexahedral grids for jet noise computation // Computers and Fluids. 2013. V. 88. P. 165–179.

4. А.В. Горобец Параллельная технология численного моделирования задач газовой динамики алгоритмами повышенной точности // Ж. вычисл. матем. и матем. физ.. 2015. Т. 4, 55. С. 641–652.

5. А.Б. Горшков Алгоритм распараллеливания при расчете неявным методом на основе уравнений Навье-Стокса гиперзвукового обтекания тел неравновесным газом // Матем. моделирование. 2009. Т. 21, 9. С. 43–53.

6. А. Л. Железнякова, С. Т. Суржиков Расчет гиперзвукового обтекания тел сложной формы на неструктурированных тетраэдральных сетках с использованием схемы AUSM // Тепломассообмен и физическая газодинмика. 2012. Т. 52, 2. С. 283–293. EQ.reference.UpdateGrindeqFields

7. A.V. Novikov, A.V. Fedorov, I.V.Egorov Numerical studies of 3D instabilities propagating in supersonic compression-corner flow // 8th European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, Lisbon, Portugal, 20015.

8. V.A. Garanzha, L.N. Kudryavtseva, S.V. Utyuzhnikov Variational method for untangling and optimization of spatial meshes // J. Comp. and Appl. Math.. 2014. V. 269. P. 24–41.

9. В.А. Титарев, С.В. Утюжников Программный комплекс для расчета гиперзвуковых течений воздуха. Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ 2013619670, 2013.

10. С.А. Васильевский, Л.Г. Ефимова, А.Ф. Колесников, И.А. Соколова, Г.А. Тирский Расчет коэффициентов переноса в многокомпонентной плазме в высших приближениях. Эффект разделения элементов в химически и ионизационно равновесной плазме // Отчет 2427 Института механики МГУ, 1980.

11. В.И. Сахаров Численное моделирование термически и химически неравновесных течений и теплообмена в недорасширенных струях индукционного плазмоторона // Изв. РАН. МЖГ. 2007. 6. C. 157–168.

12. В.И. Сахаров Моделирование неравновесных течений вязкого газа в индукционных плазмотронах и при обтекании тел // Диссертация д-ра физ.-мат. наук. МГУ имени М.В. Ломоносова, М., 2011.

13. Л.В. Гурвич, И.В. Вейц, В.А. Медведев, другие. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Москва, Наука, 1979. Т.1. 495с; Т.2. 327с.

14. R.C. Reid, J.M. Prausnitz, T.K. Sherwood The Properties of Gases and Liquids. N.Y.: McGraw-Hill, 1977.

15. P.R. Spalart, S.R. Allmaras A one-equation turbulence model for aerodynamic flows // AIAA Paper 92-0439, 1992.

16. J.E. Bardina, P.G. Huang, and T.J. Coakley Turbulence modeling validation, testing, and development // AIAA Paper 92-0439, 1997.

17. P. G. Huang J. E. Bardina, T. J. Coakley Turbulence modeling validation, testing, and development // NASA Technical report, 1997.

18. F. Menter Zonal two equation kw turbulence models for aerodynamic flows // 23rd fluid dynamics, plasmadynamics, and lasers conference, page 2906, 1993.

19. M.L. Shur, M.K. Strelets, A.K. Travin, P.R. Spalart Turbulence modeling in rotating and curved channels: assessing the Spalart-Shur correction // AIAA Journal. 2000. V. 38, 5. P. 784–792.

20. J.R. Edwards, S. Chandra Comparison of eddy viscosity-transport turbulence models for three-dimensional, shock-separated flowfields // AIAA Journal. 1996. V. 34, 4. P. 756–763.

21. T. Rung, U. Bunge, M. Schatz, F. Thiele Restatement of the spalart–allmaras eddy-viscosity model in strainadaptive formulation // AIAA Journal. 2003. V. 41, 7. P. 1396–1399.

22. P. R. Spalart Trends in turbulence treatments // AIAA 2000-2306, 2000.

23. M. Mani, D.A. Babcock, C.M. Winkler, P.R. Spalart Predictions of a supersonic turbulent flow in a square duct // AIAA Paper 2013-0860, 2013.

24. M. Dumbser, M. Kaser, V.A. Titarev, E.F. Toro Quadrature-free non-oscillatory finite volume schemes on unstructured meshes for nonlinear hyperbolic systems // J. Comput. Phys. 2007. V. 226. P. 204–243.

25. P. Tsoutsanis, V.A. Titarev, D. Drikakis WENO schemes on arbitrary mixed-element unstructured meshes in three space dimensions // J. Comput. Phys. 2010. V. 230. P. 1585 – 1601.

26. V.A. Titarev Efficient deterministic modelling of three-dimensional rarefied gas flows // Commun. Comput. Phys. 2012. V. 12, 1. P. 161–192.

27. V.A. Titarev, M. Dumbser, S.V. Utyuzhnikov Construction and comparison of parallel implicit kinetic solvers in three spatial dimensions // J. Comput. Phys. 2014. V. 256. P. 17–33.

28. А.Г. Куликовский, Н.В. Погорелов, А.Ю. Семенов Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. М. : Физматлит, 2001.

29. E.F. Toro Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics. Springer-Verlag, third edition, 2009.

30. A. Harten, P.D. Lax, B. van Leer On upstream differencing and Godunov-type schemes for hyperbolic conservation laws // SIAM Review. 1983. V 25, 1. P. 35–61.

31. E.F. Toro, M. Spruce, W. Speares Restoration of the contact surface in the Harten-Lax-van Leer Riemann solver // Journal of Shock Waves. 1994. V. 4. P. 25–34.

32. M. Dumbser, E.F. Toro On universal Osher-type schemes for general nonlinear hyperbolic conservation laws // Commun. Comput. Phys. 2011. V. 10, 3. P. 635–671.

33. P. Batten, M. A. Leschziner, U. C. Goldberg Average-state Jacobians and implicit methods for compressible viscous and turbulent Flows // J. Comput. Phys. 1997. V. 137. P. 38–78.

34. В.В.Власенко, Е.В.Кажан, Е.С.Матяш, С.В.Михайлов, А.И.Трошин Численная реализация неявной схемы и различных моделей турбулентности в расчетном модуле ZEUS // Труды ЦАГИ. 2015. Т. 2735. С. 5 – 49.

35. M. Dumbser, J.-M. Moschetta, J. Gressier A matrix stability analysis of the carbuncle phenomenon // J. Comput. Phys. 2004. V. 192, 2. P. 647–670.

36. И.Ю. Тагирова, А.В. Родионов Применение искусственной вязкости для борьбы с “карбункул”-неустойчивостью в схемах типа Годунова // Математическое моделирование. 2015. V. 10. P. 47 – 64.

37. A.V. Rodionov Artificial viscosity in Godunov-type schemes to cure the carbuncle phenomenon // J. Comp. Phys.. 2017. V. 345. P. 308–329.

38. C. R. Mitchell Improved reconstruction schemes for the Navier-Stokes equations on unstructured meshes // AIAA-94-0642, 1994.

39. Neal T. Frink Assessment of an unstructured-grid method for predicting 3-D turbulent viscous flows // AIAA- 96-0292, 1996.

40. S. Yoon, A. Jameson Lower-Upper Symmetric-Gauss-Seidel method for the Euler and Navier – Stokes equations // AIAA Journal. 1998. V. 26, 9. P. 1025–1026.

41. I.S. Men’shov, Y. Nakamura An implicit advection upwind splitting scheme for hypersonic air flows in thermochemical nonequilibrium // A Collection of Technical Papers of 6th Int. Symp. on CFD, volume 2, page 815. Lake Tahoe, Nevada, 1995.

42. I.S. Men’shov, Y. Nakamura On implicit Godunov’s method with exactly linearized numerical flux // Computers and Fluids. 2000. V. 29, 6. P. 595–616.

43. D. Sharov, H. Luo, J.D. Baum, R. Lohner Implementation of unstructured grid GMRES+LU-SGS method on shared-memory, cache-based parallel computers // AIAA-2000-927 – Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 38th. -Reno: NV. -2000. Jan., pages 10–13, 2000.

44. M.J. Chorley, D.W. Walker Performance analysis of a hybrid MPI/OpenMP application on multi-core clusters // J. Comput. Sci. 2010. V. 47. P. 168–174.

45. А.В. Горобец, А.О. Железняков С.А. Суков, П.Б. Богданов, Б.Н. Четверушкин Расширение двухуровневого распараллеливания MPI+OpenMP посредством OpenCL для газодинамических расчетов на гетерогенных системах // Вестн. ЮУрГУ. Сер. Матем. моделирование и программирование. 2011. 9. C. 76–86.

46. A.V. Gorobets Parallel Algorithm of the NOISEtte Code for CFD and CAA Simulations // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2018. V. 39, 4. P. 524 – 532.

47. G. Karypis, V. Kumar. Multilevel k-way partitioning scheme for irregular graphs // J. Parallel Distrib. Comput. 1998. V. 48. P. 96–129.

48. И.Е. Капорин, О.Ю. Милюкова Массивно-параллельный алгоритм предобусловленного метода сопряженных градиентов для численного решения систем линейных алгебраических уравнений // В.Г. Жадан, editor, Сб. трудов отдела проблем прикладной оптимизации ВЦ РАН, pages 132–157. М., издво ВЦ РАН, 2011.

49. A. M. Wissink, A. S. Lyrintzis, R. C. Strawn Parallelization of a three-dimensional flow solver for euler rotorcraft aerodynamics predictions // AIAA Journal. 1996. V. 34, 11. P. 2276–2283.

50. М.Н. Петров, В.А. Титарев, С.В. Утюжников, А.В. Чикиткин Многопоточная реализация метода LUSGS с использованием многоуровневой декомпозиции сетки // Ж. вычисл. матем. и матем. физ., 2017. Т. 57, 11. C. 1895–1905.

51. Вл.В. Воеводин, С.А. Жуматий, С.И. Соболев, А.С. Антонов, П.А. Брызгалов, Д.А. Никитенко, К.С. Стефанов, Вад.В. Воеводин Практика суперкомпьютера “Ломоносов” // Открытые системы. 2012. 7. С. 36–39.

52. V. Sadovnichy, A. Tikhonravov, Vl. Voevodin, V. Opanasenko “Lomonosov”: Supercomputing at Moscow State University // Contemporary High Performance Computing: From Petascale toward Exascale, V. VIII/2. P. 283–307. Chapman & Hall/CRC Computational Science, Boca Raton, USA, CRC Press, 2013.

53. A. Semin, E. Druzhinin, V. Mironov, A. Shmelev, A. Moskovsky The Performance Characterization of the RSC PetaStream Module // Lecture Notes in Computer Science, volume 8488, pages 420–429. 29th International Conference, ISC 2014, Leipzig, Germany, 2014.

54. А.Н. Любимов, В.В Русанов Течения газа около тупых тел. В 2 ч. Ч. I: Метод расчета и анализа течений. Ч. II: Таблицы газодинамических функций. Т.I-II. Наука, М., 1970.

55. S. Swaminathan, M.D. Kim, C.H. Lewis Nonequilibrium viscous shock-layer flows over blunt sphere-cones at angle of attack // Journal of Spacecraft and Rockets. 1983. V. 20. P. 331–338.

56. Kelly R. Laflin, Steven M. Klausmeyer, Tom Zickuhr, John C. Vassberg, Richard A. Wahls, Joseph H. Morrison, Olaf P. Brodersen, Mark E. Rakowitz, Edward N. Tinoco, and Jean-Luc Godard Data Summary from Second AIAA Computational Fluid Dynamics Drag Prediction Workshop // Journal of Aircraft. 2005. V. 42, 5. P. 1165–1178.

57. С.М. Босняков, В.В. Власенко, М.Ф. Енгулатова, Е.В. Кажан, С.В. Матяш, А.И. Трошин Промышленные солверы пакета EWT-ЦАГИ и их верификация на серии стандартных тестов // Труды ЦАГИ. 2014. Т. 2735. С. 3–91.

58. B.R. Hollis, T.J. Horvath, K.T. Berger, R.P. Lillard, B.S. Kirk, J.J. Coblish, J.D. Norris Experimental investigation of project orion crew exploration vehicle aeroheating in aedc tunnel 9. page 158. NASA/TP- 2008-215547, 2008.

59. Н.П. Адамов, А.М. Харитонов, Е.А. Часовников, А.А. Дядькин, М.И. Казаков, А.Н. Крылов, А.Ю. Скороваров Аэродинамические характеристики возвращаемых аппаратов при сверхзвуковых скоростях // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22, 5. С. 557–565.

Система Orphus

Загрузка...
Вверх