cfd_basics

Решение задачгидро- и

газодинамики

Вводнаялекция

Эпиграф

Allmodelsarewrong,butsomemodelsareuseful

--GeorgeP.E.Box

Всемоделиневерны,нонекторыхизнихполезны

--ДжорджП.И.Бокс

Intheory,thereisnodifferencebetweentheoryand practice.Butinpractice,thereis

--Anonymouscomputerscientist

Теоретически,междупрактикойитеориейразницы нет.Нонапрактикеонаесть

Неизвестныйисследователь-расчетчик

Определение

Wikipediahttp://ru.wikipedia.org/

Вычислительнаягидродинамика

(англ.Computationalfluiddynamics,CFD) —

подразделмеханикисплошныхсред,включающий совокупностьфизических,математических ичисленныхметодов,предназначенныхдля

вычисленияхарактеристик потоковыхпроцессов

Историяпакета FLUENT

Вначале1980х группаисследователейУниверситета Шеффилд

(Англия)подруководствомДжимаСвизенбанка(JimSwithenbank)и

будущегопрезидентакомпании FLUENTФерита Бойсэна(FeritBoysan) разрабатывали пакет расчетагорения.Обих работесталоизвестно БартуПэтелю(Bart Patel)изкомпании Creare. Creare былаиостается консультационнымиинкбуационнымцентромтехнологийвХановере, НьюХэмпшир,США. ПопредложениюПеталя,командаразработала пакетрасчетазадачгазодинамикиобщегоназначения,названный FLUENT,которыйбылвыпущенв 1983 ивключал:

Одноблочные,гексагедральныеэлементы

Стационарныйрасчет

Ламинарность/турбулентность

Теплоперенос

Горение

Дисперныефазы

Естественнуюконвекцию

История

Другойсотрудник Creare,УэйнСмит(WayneSmith)получил финансовуюподдержкуот NASAввидеPhase1SBIR (Small BusinessInnovationResearch) дляоценкиконцепции

«Многосеточногорешениявнутренних теченийс

использованиемнеструктурированных адаптивных крешению

сеток."Послеуспешногообоснованияподходав 1987 Смит получилгрант Phase2SBIR funding (US$500K)дляразработки прототипа.Кокончанию SBIR, Смитиегокомандаперешлив группуПэтелядлякоммерциализациисвоегопродукта.

Результатбылвыпущенв 1991 какрешатель Rampant и генераторсеток TGrid–первый CFDпакетобщегоназначенияс неструктурированными сеткамидлярасчетасжимаемых теченияаэвиакосмическогоприложения

Пэтелзатемсформировалановуюкомпанию creare.xдля

разработкиипродажипакетов FLUENT иRampant. Вначале

1990х creare.xбылпереименованво Fluent.

Источник http://www.symscape.com/blog/origins-of-the- commercial-cfd-industry#.UJgYfY1lQkD

В2006компаниябылакупленакорпорацией ANSYS

Краткаяистория Fluent

http://www.vascsurg.net/?post=72

Историявычислительной газодинамики

Начало1940х гг.:доступныаналитическиерешения

большинствазадачдинамикижидкостив

идеализированнойпостановке.МетодырешенияОДУи ДУЧПбылиполученытольконабумаге,компьютеровне было.

Перваякомпания,использовавашая CFDвобласти автомобилестроения,была DaimlerChrysler.

Первойкомпаниепопроизводствуодеждыдляплавания былаSpeedo

Вмиреестьряд компанийипакетоврасчетазадач

газодинамики.Американские FLUENT,TIDAL,C-MOLD,

GASP,FLOTRAN,SPLASH,Tetrex,ViGPLOT,VGRID,etc.

ТеперьCFD–стандартная частьнабораинструментов, используемаякакдлянаучных исследований,такидля инженерных задач

Основные вехи

Чиленнаяаппроксимация

Расчетчислапи,Гаусс,т.д.

Richardson(1910)

Ранниепредставления ороличисленного моделирования

Courant,Friedrichs,иLewy(1928)

Анализустойчивостиуранвенийпереноса (условияКФЛ)

В.С.Рябенький,Дж.фонНейман,Р.Д.Рихтмайер,А.Ф.Филиппов, П.Лакс

Рольрасчетов, анализустойчивости

Дж.Дуглас,Д.ПисмениГ.Рэчфорд(середина1950х)

методпеременных направлений дляэффективного решения многомерных задач

С.К.Годуновым,П.ЛаксиБ.Вендрофф(середина 50-х–начало 60-хгодов)

разработаны консервативные разностные схемы сквозного счёта

Харлоуигруппа ЛосАламоса

МетодыMAC,CIC идр.

Н.Н.Яненко,Г.И.Марчук,А.А.Самарскийидр.

методырасщепления, сводящие многомерную задачу ксовокупности одномерных

Основные вехи

группаД.Б.Сполдинга(60-х–начало70-хгодов)

наосновеработА.Н.Колмогороваразвиваетk-εмодель

турблентности

созданыпакетыпрограмм PHOENICS, разработанный компаниейCHAMLtd.(TheoriginalPHOENICS appearedin1981)

Начинаяс90-хгодовXXвека всвязисростом быстродействия компьютеровкоммерческиепакетыCFD используютсяшироко какв промышленныхкомпаниях,так

ивНИИ

Источники

http://www.nd.edu/~gtryggva/CFD-Course2010/2010-Lecture-1.pdf

http://www.itp.nsc.ru/ksite/right/doc/lectures/SikovskyMVT_2011_ A5.pdf

Пакет CFX(Wikipedia)

ПакетANSYSCFXимееткорнямипрограммы CFX-TASCflowиCFX-4.CFX-4

изначальноназывался Flow3DвОбъединнноКоролевствеи разрабатывалсядлянуждатомнойпромышленности (UKAEA), аTASCflow

разработанAdvancedScientific Computing(ASC), вВатерлоо,Онтарио,

Канада

FLOW3Dбылкоммерцилизированвконце 1980х-начале 1990хи переименованвCFX-4всередине1990х,посколькуимя Flow-3Dуже использовалосьвСевернойАмерике.Продуктосновывалсяна многоблочнойструктурированномгексагедральномкодес использованиемметода SIMPLE.CFX-4широкоиспользовалсяв химическойпромышленностиивключал самыесовременные многофазныеихимическиемодели

TASCflowбылструктурированныймногоблочныйгексаэдральный

сеточныйкод,основанныйнаметодеконечныхэлементовнаоснове методаконтрольныхобъемовдлясозданиялинеаризованнойсистемы уравнений,решаемыхмногосеточнымсолвером.ОфисвВатерлооимел прочныесвязисуниверситетомВатерлооиегоцельюбылоразработка прогрессивныхметодовдискретизациииалгоритмоврешения.CFXTASCflowвосновномиспользовалсявтурбомашиннойиндустрии,его сильнымисторонамиявлялисьмоделигоренияитурбулентности