| 4 |
1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. |
Устойчивость гидродинамических течений и турбулентность |
| Результаты этапа: Для турбулентного течения над осциллирующей оребренной поверхностью построена карта значений изменения турбулентного трения в пространстве параметров задачи. Проведен цикл численных исследований ламинарного течения над осциллирующей оребренной поверхностью. Обнаружено, что в определенной области управляющих параметров мощность сил трения является отрицательной.
Рассчитаны локализованные в пространстве периодические по времени структуры, соответствующие сепаратрисе, разделяющей в фазовом пространстве области притяжения ламинарного и турбулентного режимов. Показана связь рассчитанных структур с турбулентными порывами, наблюдаемыми в круглых трубах на этапе перехода к турбулентности. Определены свойства стационарной и нестационарной составляющих. Установлен механизм самоподдержания колебаний.
Разработан и реализован алгоритм численного решения уравнений Навье-Стокса в области, соответствующей трубе с постоянными параметрами кривизны и кручения. Проведены методические расчеты, определены необходимые вычислительные ресурсы для исследования течений в ламинарном и турбулентном режимах.
Разработана и апробирована четырехуровневая модель распараллеливания вычислений для базовых операций линейной алгебры с разреженными матрицами (операции с векторами, произведение матрицы на вектор). Предложена эффективная схема сопряжения вычислений на центральных процессорах и графических ускорителях. На суперкомпьютере Ломоносов проведены исследования эффективности разработанных алгоритмов распараллеливания и схемы сопряжения для тестовых задач размером от 40 до 100 млн. неизвестных. Показано, что реализация гибридной модели для предложенных алгоритмов обеспечивает линейную масштабируемость свыше 100 узлов, а полученные результаты кратно превосходят аналоги из доступных свободно-распространяемых библиотек численных методов. При этом, за счет использования графических ускорителей может быть дополнительное 2-3 кратное ускорение. Начаты работы по разработке многоуровневых моделей распараллеливания для базовых операций этапа построения иерархии матриц многосеточного метода, а именно транспонирования и произведения разреженных матриц.
Разработана методика измерения давления на поверхности цилиндрического тела при его движении вдоль стенки с малым зазором. Получены графики давления на поверхности цилиндра в конфузорной и диффузорной областях потока в зависимости от величины зазора и скорости движения цилиндра. Показано, что давление в кавитационном пузырьке не зависит от величины зазора и определяется давлением растворенных газов в жидкости. Исследовано влияние степени дегазации жидкости на возникновение кавитации для параметров: величина зазора, скорость движения цилиндра.
Продолжены исследования режимов проникающей конвекции в плоском слое, показана смена режимов течения при увеличении надкритичности и проведена подготовка программного кода к исследованию бифуркаций при увеличении надкритичности.
Усовершенствована программа расчёта дальнего акустического поля при обтекании системы тел с помощью акустических аналогий, получено более близкое соответствие расчётных и экспериментальных данных. |
| 5 |
1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. |
Устойчивость гидродинамических течений и турбулентность |
| Результаты этапа: 1. Разработан метод Анализа Расхождения Турбулентных Полей (АРТП) для численного изучения процессов образования и разрушения крупномасштабных структур в турбулентных потоках. Показано, что неустойчивость структур в пристенных течениях проявляется локализовано в пространстве, а регенерация структур происходит в результате нелинейных взаимодействий мелкомасштабных возмущений. Определены статистические и спектральные характеристики растущих возмущений.
2. Определен механизм возникновения условно периодических локализованных турбулентных структур в круглой трубе. Разработан итерационный численный алгоритм расчета подобных течений методом продолжения по параметру.
3. Построен вычислительный алгоритм решения уравнений Навье-Стокса для геометрии, соответствующей течению в змеевике. Рассчитан ряд течений при различных значениях параметров кривизны и кручения. Определены законы сопротивления.
4. Создана первая реализация алгоритма многоуровневого распараллеливания для операций транспонирования матрицы, ведутся аналогичные работы для алгоритма произведения двух разреженных матриц. Доработана схема сопряжения вычислений между центральными процессорами и графическими ускорителями, реализована асинхронная модель вычислений на графических ускорителях, позволяющая эффективно комбинировать обмен данными между картами GPU и вычислительными узлами, обмен данными между узлами и запуск вычислительных CUDA-ядер. Разработанные алгоритмы обеспечивают сопоставимые времена решения на единичных ускорителях, но при этом демонстрируют лучшие результаты масштабируемости при использовании нескольких десятков устройств.
5. Проведены трехмерные расчёты проникающей и двухдиффузионной конвекции в прямоугольной области.
6. Проведено сопоставление прямого численного моделирования внутренних гравитационных волн в стратифицированной среде и экспериментов, проводимых в Высшей Нормальной Школе Лиона. Показано, что при увеличении амплитуды внешних периодических возмущений возникает неустойчивость аттрактора внутренних волн, при этом в районе луча аттрактора с наибольшей фокусировкой и энергией появляются дочерние волны, удовлетворяющие условиям триадного резонанса. Таким образом, неустойчивость соответствует субгармонической параметрической неустойчивости (PSI).
7. Проведено исследование влияния вязкости и степени дегазации жидкости на возникновения кавитации при движении цилиндрического тела вдоль стенки. Установлено, что при дегазации жидкости, как и при уменьшении ее вязкости, граница возникновения кавитации смещается в сторону меньших предельных зазоров. Экспериментально показано, что давление в кавитационном пузырьке в начальный момент незначительно возрастает и затем остается практически постоянным, не зависящим от величины зазора и скорости движения цилиндра.
|
