CC BY
16180 Минисимпозиум
Flow simulation around circular cylinder at low Reynolds numbers using vortex particle method
K. S. Kuzmina1,2 I. K. Marchevsky1,2 lBauman Moscow State Technical University 2Ivannikov Institute for System Programming of the RAS Email: kuz-ksen-serg@yandex.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10342
Viscous Vortex Domain method [1] is suitable tool for external flows simulation around moving airfoils (the boundary conditions on infinity are satisfied automatically). It is a purely Lagrangian vortex particle method for 2D viscous incompressible flow simulation. The primary computational variable is vorticity; velocity and pressure fields can be reconstructed from the known vorticity distribution.
The authors are developing the VM2D [2], where VVD method is implemented. The main data structures and computational core of this code have already been developed. The priority goal for further code development is its verification on various problems with known analytical solutions, experimental data and the results of numerical experiments obtained by other methods.
A two-dimensional flow around a circular airfoil for Reynolds numbers in the range of 20...200 is simulated using the VVD method. For these regimes, the angles of flow separation are determined and the results are compared with the results of other studies. Simulations are performed using the VM2D code, which implements the Viscous Vortex Domain Method. The comparison shows that for low Reynolds numbers (up to 140), the results obtained using the VM2D code are in good agreement with experimental results. For higher Reynolds numbers, the obtained separation angle values are slightly overestimated.
This research is supported by Russian Science Foundation (project 17-79-20445). References
1. Dynnikova G. Ya. The Lagrangian approach to solving the time-dependent Navier - Stokes equations // Doklady Physics. 2004. V. 49. N. 5. P. 648-652.
2. VM2D: Vortex method for 2D flow simulation. URL: https://github.com/vortexmethods/VM2D.
Моделирование процессов формирования геологических разломов методом дискретных элементов
В. В. Лисица
Институт нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН Новосибирский государственный университет Email: lisitsavv@ipgg.sbras.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10316
В работе представлен численный алгоритм моделирования процессов формирования геологических разломов и приразломных зон, вызванных тектоническими движениями. Алгоритм основан на методе дискретных элементов, позволяющем моделировать конечные деформации и связанные с ними разрывные нарушения среды. Реализация алгоритма основана на технологии CUDA с использованием графических со-процессоров.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (номер гранта 18-05-00031) и гранта Президента РФ (номер гранта МД-20.2019.5).
Метод вихревых петель для моделирования пространственного обтекания тел и вычисления гидродинамических нагрузок
И. К. Марчевский1,2, С. А. Дергачев1, Г. А. Щеглов1,2
1Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана
2Институт системного программирования имени В. П. Иванникова РАН Email: iliamarchevsky@mail.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10343
Разработана новая модификация бессеточного лагранжева вихревого метода для моделирования пространственного обтекания тел потоком несжимаемой среды. В качестве вихревого элемента - носителя завихренности рассмотрены замкнутые вихревые петли, имеющие одинаковую интенсивность
Методы частиц: вычислительные аспекты и современные приложения
181
(циркуляцию) [1]. Для моделирования обтекания тел развит новый подход к решению граничного интегрального уравнения относительно интенсивности вихревого слоя [2] и предложена оригинальная процедура восстановления потенциала двойного слоя. Для моделирования эволюции завихренности реализованы процедуры реструктуризации вихревой пелены, включающие сглаживание и множественные перезамыкания вихревых петель. Разработанные алгоритмы позволяют работать со сравнительно грубыми и существенно неравномерными поверхностными сетками на поверхности обтекаемых тел. Для восстановления давления и расчета гидродинамических нагрузок используется аналог интеграла Коши - Лагранжа, адаптированный для вихревых методов [3]. Предложенная методика реализована в виде программного комплекса, позволяющего выполнять расчеты на многоядерных/многопроцессорных вычислительных машинах.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта 20-08-01076).
Список литературы
1. Dergachev S.A., Marchevsky I.K., Shcheglov G.A. Flow simulation around 3D bodies by using Lagrangian vortex loops method with boundary condition satisfaction with respect to tangential velocity components // Aerospace Science and Technology. 2019. Vol. 94, Art. 105374.
2. Марчевский И.К., Щеглов Г. А. Процедура определения интенсивности вихревого слоя при моделировании обтекания тела пространственным потоком несжимаемой среды // Математическое моделирование. 2019. Т. 31, № 11. С. 21-35.
3. Дынникова Г. Я. Аналог интегралов Бернулли и Коши-Лагранжа для нестационарного вихревого течения идеальной несжимаемой жидкости // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2000. № 1. С. 31-41.
Применение алгоритма метода Барнса - Хата к лагранжевым вихревым методам
Е. П. Рятина1,2, А. О. Лагно1
1Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана 2Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН Email: evgeniya.ryatina@yandex.ru DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10344
Лагранжевы вихревые методы для моделирования двумерных течений вокруг профилей являются весьма эффективными по сравнению с другими методами с точки зрения затрачиваемого времени и машинной памяти на проведение расчетов и расчет аэрогидродинамических характеристик профиля. Возникающая при этом задача вычисления вихревого влияния имеет квадратичную вычислительную сложность и по сути аналогична гравитационной задаче N тел. При большом количестве вихревых элементов расчет прямым методом становится невозможным за приемлемое время, поэтому единственным эффективным путем является использование приближенных быстрых методов, имеющих логарифмическую вычислительную сложность. В работе рассмотрен и реализован быстрый метод Барнса - Хата. Было получено, что идеи быстрого метода могут быть также адаптированы и к другим трудоемким операциям вихревого метода, таким как расчет диффузионных скоростей вихревых элементов, выполнение процедуры реструктуризации вихревого следа, расчет правой части системы линейных алгебраических уравнений и решение системы итерационными методами. В результате время исполнения одного расчетного шага удалось сократить примерно в 30 раз. Данный результат позволяет существенно снизить время выполнения всего расчета и эффективно проводить вычисления, что позволяет расширить класс решаемых с помощью вихревых методов задач.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Российского научного фонда (код проекта 17-7920445).
Список литературы
1. Андронов П.Р., Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я. Вихревые методы расчета нестационарных гидродинамических нагрузок. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2006.
2. Kempka S.N., Glass M.W., Peery J.S., Strickland J.H. Accuracy considerations for implementing velocity boundary conditions in vorticity formulations // Sandia Report. No. Sand96-0583, UC-700, 1996. P. 52.
3. Barnes J., Hut P. A hierarchical (Nlog N) force-calculation algorithm // Nature. 1986. V. 324. No. 4. P. 446-449.
