Научно-исследовательский семинар 05/07/2017

Семинар состоится

в среду 5 июля 2017 г. в 12-00 в ауд. 621.

Титарев В.А.  (ФИЦ ИУ РАН)

Численное моделирование пространственных течений разреженного газа с

использованием суперЭВМ

Создание космических аппаратов, движущихся в верхних слоях атмосферы, тесно связано с задачами расчета их динамического и теплового взаимодействия с воздушной средой. При большой высоте полета аппарата число Кнудсена, характеризующее степень разреженности газа, не является малым, так что классические способы моделирования, основанные на уравнениях Навье-Стокса сжимаемого газа, становятся неприменимы. Корректное описание течения возможно на основе кинетического уравнения Больцмана для функции распределения молекул по скоростям. Другой важной прикладной областью применения теории разреженных газов является исследование течений в различных микроустройствах, в частности в микроканалах, что важно для многих приложений.

В настоящем докладе рассматривается задача разработки общей методологии моделирования, численных методов и параллельных отечественных комплексов программ численного решения кинетического уравнения с приближенными интегралами столкновений Круга (БГК) и Шахова в широком диапазоне чисел Маха и Кнудсена. В первой части доклада описывается оригинальная консервативная модификация метода дискретных скоростей, позволяющая использовать произвольные неструктурированные сетки в шестимерном фазовом пространстве. Во второй части доклада рассматриваются особенности параллельной реализации метода решения с использованием двухуровневного подхода MPI+OpenMP. В третье части доклада приводятся примеры решения задач двух классов: (1) течение разреженного газа в микроканалах произвольной формы и длины; (2) задачи внешнего гиперзвукового обтекания тел. Впервые представлены результаты валидации и верификации модельных кинетических уравнений для данных типов течений. Показана возможность эффективно строить численное решение задачи обтекания спускаемого аппарата с первой космической скоростью. Приводятся результаты масштабируемости программного комплекса на сетках до 10 миллиардов ячеек на 256 узлах системы ПетаСтрим (61440 логических процессоров).