30 апреля 2020 г. состоялся 10-й семинар (онлайн) Лаборатории СПО ЦМТС ИСП РАН

30 апреля 2020 г. в онлайн формате состоялся 10-й семинар Лаборатории СПО ЦМТС ИСП РАН.

Тема доклада:
Применение методов анализа данных в разработке средства интеграции платформ суперкомпьютерного моделирования акустического поля космодрома при старте ракеты.

Докладчик:
Шацкий Максим Вадимович (МГУ им. М.В. Ломоносова, г. Москва).

Аннотация доклада:
В докладе представлены результаты интеграции нескольких платформ суперкомпьютерного моделирования для последовательного решения вычислительно сложной задачи моделирования акустического поля космодрома Куру при старте ракеты VEGA. Основным источником шума при старте ракеты является турбулентный слой смешения на границе между внешней средой и сверхзвуковой струей. Истечение струй горячих выхлопных газов из сопел ракеты сопровождается физическими процессами различных масштабов: впрыск, нагрев, испарение и движение капель воды, формирование гидродинамических неустойчивостей Релея-Плато в струях воды и Кельвина-Гельмгольца на границе струи выхлопных газов. Моделирование источников шума (неустойчивости Кельвина-Гельмгольца) предполагает разрешение процесса развития неустойчивостей от места их зарождения до слоя смешения. Это накладывает ограничения на сеточное разрешение, привязывая шаг по пространству к разрешаемому масштабу неустойчивости, и как следствие – определяет разрешаемый диапазон частот акустического поля. Таким образом, достижение высокой точности численного моделирования механических процессов в сплошных средах при определенных условиях сопряжено со значительным увеличением вычислительных затрат. В случае же необходимости учета масштабов газохода и ракеты это приводит к росту количества ячеек расчетной сетки до величин, при которых решение задачи в приемлемое время является невозможным. Однако, в данном случае можно разделить задачу на части, соответствующие следующим геометрическим областям: 1. движение струи внутри газохода и ее взаимодействие с каплями воды (OpenFOAM); 2. развитие струи после выхода из газохода (AMReX); 3. распространение звука от турбулентного слоя смешения до исследуемых точек- микрофонов (libAcoustics). Предполагается, что для корректного формирования входных условий в области 2 достаточно нахождения пространственно-временного распределения газодинамических параметров на выходе области 1 из решения уравнений движения газокапельного потока. Для интерполяции по пространству и экстраполяции по времени на границе между областями 1 и 2 предложено использовать методы анализа данных POD и DFT. Для вычисления возмущений дальнего акустического поля из-за пульсаций в слое смешения (AMReX) производится сбор статистики о колебаниях давления и скорости среды на поверхности между струёй и точкой наблюдения. Собранная статистика используется в качестве входных данных для решения уравнения акустической аналогии Фоукса Вильямса — Хоукинга (libAcoustics) и нахождения звукового сигнала в исследуемых точках: у обтекателя ракеты, на половине высоты ракеты и у ее основания. В заключении работы приводится сравнение акустического поля при старте ракеты VEGA на космодроме Куру для случаев с подводом и без подвода воды в выхлопные струи газов.