Преподаватели: Татьяна Стенина, Иванов Александр, ИСП РАН (Россия).
Сложность модуля: Средняя.
Тип модуля: Лекция с примерами.
Программное обеспечение: OpenFOAM v1912.
Разработчики модуля: Т.В. Стенина, А.В. Иванов, М.В. Крапошин, И.Н. Сибгатуллин.
Язык презентации: English.
Описание:
Один из методов численного моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости связан с использованием регуляризованных уравнений гидродинамики, которые представляют собой обобщение уравнений Навье-Стокса в рамках квазигидродинамического (КГиД) подхода. Данное направление имеет широкий спектр практического применения, а также большой исследовательский потенциал. Для удобной работы с регулиризованными уравнениями была реализована библиотека квазигазодинамических (КГД)/КГиД методов на базе открытой платформы OpenFOAM.
Данный учебный трек разделен на два модуля, которые соответствуют двум решателям, реализующим КгиД численные алгоритмы – это солверы QHDFoam и particlesQHDFoam. QHDFoam построен на базе квазигидродинамических уравнений и предназначен для моделирования несжимаемых течений с учетом плавучести и вязкости. Поскольку решатели разработаны на базе открытой библиотеки OpenFOAM, они подходят для решения задач со сложной, криволинейной геометрией.
Решатель particlesQHDFoam предназначен для моделирования трёхмерного нестационарного турбулентного течения несжимаемой жидкости совместно с движением потока частиц. Решение системы уравнений гидродинамики осуществляется с применением КгиД подхода, к которому добавляется модуль OpenFOAM для расчёта перемещения частиц.
Первая часть каждого модуля представляет собой введение в теорию регуляризованных уравнений гидродинамики и в математическую модель. Во второй части модуля преподаватель вместе со слушателями выполняет тестовые задачи и анализирует полученные результаты. В качестве тестовых примеров рассматриваются задачи моделирования течения в каверне и движение частиц в обратном уступе (см. рис. ниже).
Геометрия
План учебного курса выглядит следующим образом:
1. Введение в регуляризованные уравнения гидродинамики, их преимущества и недостатки.
2. Введение в OpenFOAM, структура кейса.
3. Настройка граничных условий в OpenFOAM.
4. Расчет параметра регуляризации τ, для удовлетворения условию устойчивости.
5. Описание базового тестового примера (каверна с подвижной границей) и задачи о движении частиц на новой сетке (обратный уступ).
6. Этапы настройки и запуска базового кейса средствами OpenFOAM версии 1912:
a. построение сетки: утилита blockMesh, настроечный файл blockMeshDict;
b. настройка граничных условий для давления, скорости;
c. настройка численных схем и параметров запуска: файлы controlDict, fvSchemes и fvSolution;
d. запуск QHDFoam, результаты зафиксированы на видеоролике (см. ниже).
7. Этапы настройки и запуска задачи с частицами средствами OpenFOAM версии 1912:
a. построение сетки: утилита blockMesh, настроечный файл blockMeshDict;
b. настройка граничный условий для давления, скорости жидкости;
c. настройка параметров частиц, настроечный файл basicThermoCloudProperties;
d. настройка численных схем и параметров запуска: файлы controlDict, fvSchemes и fvSolution;
e. запуск particlesQHDFoam, результаты зафиксированы на видеоролике (см. ниже).
8. Подведение итогов и обсуждение.
После проведения расчётов будут получены поля гидродинамических величин (давление, скорость). Изменение этих величин во времени представлено в анимационных роликах ниже.
Слушателям будет предложено выполнить указанные выше шаги самостоятельно в процессе учебного курса.
Учебные материалы находятся в свободном доступе и могут быть загружены с ресурса github.com
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 19-11-00169.