DECgroup Inc


Вычислительная гидроаэродинамика

За несколько последних десятилетий вычислительная гидродинамика (Computational Fluid Dynamics, CFD) проделала путь, сопоставимый со столетиями для классических областей знаний. Этому она обязана бурному прогрессу в компьютерной технике, развитию математических моделей (турбулентности, горения, радиационного теплообмена и др.), а также разработке эффективных численных методов. Сравнительно недавно (при жизни одного поколения – в конце 60-х – начале 70-х гг) информационной основой для проведения расчетов служили написанные на одном из алгоритмических языков программирования (чаще всего на АЛГОЛе и ФОРТРАНе) рабочие программы, которые запускались на больших ЭВМ (типа БЭСМ6 или CDC7600) в центрах коллективного пользования, а обработка результатов практически осуществлялась вручную.

Сегодня, на индустриальном этапе развития CFD рабочие программы трансформировались в универсальные и специализированные пакеты прикладных программ, которые представляют сложные многокомпонентные системы, как правило, написанные на объектно-ориентированных языках программирования и имеющие структуру «триады»: генератор сетки – решатель – графический интерпретатор результатов. В наполнение пакета входят каталоги математических моделей управляющих физических процессов и базы данных, из элементов которых набирается рассматриваемая задача.

Вычислительные технологии для решения широкого круга теплофизических и аэрогидродинамических задач в их современном состоянии характеризуются:

• пакетизацией на индустриальном этапе развития численного моделирования;
• параллелизацией расчетов на многопроцессорных платформах как наиболее перспективном пути повышения вычислительной эффективности;
• сеточной адаптивностью как самым рациональным способом отображения разномасштабных особенностей задач;
• мультифизичностью как следствием прогресса в разработке математических моделей, численных методов и роста мощности вычислительной техники.

Широкое распространение персональных компьютеров сделало пакеты доступными десяткам тысяч пользователей во всех регионах мира. В последние годы высокопроизводительные вычисления (или High Performance Computing, HPC) для которых используются параллельные версии пакетов, получили массовую доступность. Среди наиболее мощных, пользующихся широкой известностью, следует отметить такие универсальные пакеты, как коммерческая система ANSYS FLUENT® и CFX®, так и полностью открытый проект OpenFOAM®.


Некоторые из классических учебников по CFD:
• Численное решение многомерных задач газовой динамики / Под ред. С.К. Годунова. М.: Наука, 1976. 400 с.
• Роуч П. Вычислительная гидродинамика. - М.:Мир, 1980. - 616с.
• Патанкар С., Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
• Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М.: Мир, 1990.
• Hirsch C. Numerical computation of internal and external flows. New York, John Wiley & Sons, 1990.
• Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. В 2-х т. М.: Мир, 1991.
• Peric M., Ferziger J.H., Computational methods for fluid dynamics. Springer Verlag. 1996.
• Toro E.F. Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics, a practical introduction. Springer Verlag. 1997.