Кафедра теплотехники и энергетического машиностроения

CFD-коды

Программное обеспечение для расчета задач внешней и внутренней аэродинамики и тепломассообмена

 Сотрудники лаборатории пользуются несколькими пакетами программ вычислительной гидродинамики (CFD-кодами) собственной разработки. Используемые CFD-коды основаны на конечно-объемном методе дискретизации с возможностью выбора различных схем дискретизации конвективных слагаемых уравнений переноса и алгоритмов решения систем уравнений. Коды включают в себя набор самых современных RANS-моделей турбулентности, подсеточных моделей для метода крупных вихрей (LES), гибридные RANS-LES модели и современные варианты метода пристеночных функций.

SIGMA-Flow

 Многоцелевой CFD-код, разработанный сотрудниками Красноярского филиала Института теплофизики СО РАН. Кроме современных RANS-моделей турбулентности и подсеточной модели Смагоринского для LES-моделирования, пакет включает в себя модели многофазных течений (лагранжев трекинг частиц в турбулентных дисперсных потоках, модели кавитации и фазовых переходов), модели кинетики горения для предварительно перемешанных и диффузионных пламен, горения угольных частиц, теплообмена излучением. Код в основном используется как для моделирования течений в промышленных аппаратах и устройствах со сложной геометрией, так и для сопровождения и дополнения экспериментальных исследований.

VP2/3 (скорость-давление , 2D и 3D версии)

 CFD-код гидродинамического и теплофизического профиля, базирующийся на оригинальных многоблочных вычислительных технологиях (МВТ) на основе использования разномасштабных пересекающихся структурированных сеток для решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса и энергии для несжимаемой жидкости и вязкого газа, прошедших широкий спектр тестирований на классических задачах из баз данных ERCOFTAC и специальных экспериментов, выполненных на установках НИИ механики МГУ, СПбГПУ, CIRA (Италия), университета Саутгемптона (Англия) и др. В коде значительное внимание уделено полуэмпирическим дифференциальным моделям турбулентности. Код в основном предназначен для численного анализа вихревой интенсификации теплообмена и управления обтеканием тел с вихревыми ячейками, а также применения МВТ для решения прикладных задач.
 Сотрудники лаборатории пользуются также коммерческими CFD-кодами.

ANSYS FLUENT

 Программный модуль имеет широкий спектр возможностей моделирования течений жидкостей и газов для промышленных задач с учетом турбулентности, теплообмена, химических реакций. К примерам применения FLUENT можно отнести задачи обтекания крыла, горение в печах, течение внутри барботажной колонны, внешнее обтекание нефтедобывающих платформ, течение в кровеносной системе, конвективное охлаждение сборки полупроводника, вентиляция в помещениях, моделирование промышленных стоков. Специализированные модели горения, аэроакустики, вращающихся/неподвижных расчетных областей, многофазных течений серьезно расширяют области применения базового продукта.
 Технология ANSYS FLUENT является лидером по числу сложных физических моделей, предлагаемых для расчетов на неструктурированных сетках. Представлены наборы элементов различных форм: четырехугольники и треугольники для двумерных расчетов, гексаэдры, тетраэдры, полиэдры, призмы, пирамиды для трехмерных расчетов. Сетки можно строить при помощи инструментов компании ANSYS или при помощи инструментов сторонних производителей. Динамическая сетка ANSYS позволяет моделировать произвольное сложное перемещение частей в сложных задачах, например, в двигателе внутреннего сгорания, клапанах, в движении корабля по волнам, запуске ракет. Скользящая сетка и сеточные модели являются лучшим инструментом для описания периодического движения внутри смесительных баков, насосов и в турбомашинах. Модели с движущейся сеткой полностью совместимы со сложными моделями больших завихрений, реакций и многофазных потоков.
 ANSYS FLUENT включает методы численного решения и распараллеливания на основе сложных числовых отказоустойчивых решателей, в том числе сопряженного решателя с алгоритмом на основе давления, расщепленного решателя с алгоритмом на основе давления и два решателя с алгоритмами на основе плотности, что позволяет получать точные результаты для практически любого течения. Улучшенные возможности параллельной обработки позволяют эффективно использовать несколько процессоров, а также многоядерные процессоры на одной или на нескольких машинах, объединенных сетью.
 В ANSYS FLUENT доступны несколько распространенных k-epsilon и k-omega моделей, модель турбулентных напряжений Рейнольдса для сильных вихревых или анизотропных потоков. Высокая расчетная мощность при невысокой стоимости делает модели турбулентности для расчета больших вихрей (LES-модели) и модели изолированных вихрей (DES) подходящими для промышленных задач. Также доступны инновационные модели для прогнозирования перехода от ламинарного течения к турбулентному и новая модель адаптируемого масштаба Scale-Adaptive SimulationTM (SAS), предназначенная для течений, в которых недостаточно использования статических моделей турбулентности. Улучшенные пристеночные функции позволяют повысить точность результатов в пограничных слоях. Широкий набор настроек турбулентности и возможность добавления пользовательских настроек обеспечивают корректное моделирование турбулентности для любых видов течений.
 ANSYS FLUENT позволяет проводить расчеты шума, возникающий в результате нестабильных изменений давления, конвективный теплообмен, теплопроводность, фазовый переход, теплообмен излучением, течения с химическими реакциями, в том числе горение газообразного, жидкого топлива, угля, многофазные потоки. Модель дискретных фаз (DPM-модель), модель Лагранжа являются применимыми к некоторым задачам многофазных потоков, таким как моделирование распылительной сушилки, угольной топки, непрерывного вытягивания волокна, распыления жидкого топлива. При впрыске частиц, пузырей, капель может учитываться теплоперенос, массоперенос, перенос импульса с основной фазой.

LMS

 Сотрудники лаборатории произвели тестирование новых, разрабатываемых в России CFD-кодов.

Логос

 CFD-код, направленный на имитационное моделирование сложных инженерных систем. ЛОГОС предназначен для решения задач тепломассопереноса на супер-ЭВМ с массовым параллелизмом. С помощью данной программы моделируются такие физические процессы как: стационарные и нестационарные течения; течения несжимаемых, слабосжимаемых (плотность зависит от температуры) и сжимаемых сред; ламинарные и турбулентные течения; течения в пористых средах; течения со свободной поверхностью; распространение тепла в различных средах; конвективный теплообмен; сопряженный теплообмен; теплообмен излучением; многокомпонентные течения; многофазные течения. Пакет программ инженерного анализа ЛОГОС ориентирован на моделирование широкого круга физических процессов в интересах проектирования перспективных наукоемких изделий промышленности. В настоящее время пакет ЛОГОС проходит всестороннюю верификацию на прикладных задачах атомной энергетики с использованием экспериментальной базы предприятий отрасли с целью подготовки верификационного отчета для подачи пакета программ ЛОГОС на аттестацию в РОСТЕХНАДЗОРЕ.