Моделирование турбулентного теплообмена
автор: А.В. Федотов
В настоящее время моделирование турбулентного теплообмена сформировалось как самостоятельное направление в аэрогидродинамике в силу того, что данный процесс играет важную, иногда решающую, роль во многих технических устройствах и природных явлениях. Ни один более или менее дорогостоящий технический проект в мире не обходится без предварительного численного моделирования турбулентного теплообмена проектируемого устройства. Ярким свидетельством этому служат труды 2-й международной конференции по турбулентному теплообмен, Манчестер, 1998, значительная часть которых посвящена этой проблеме. Согласно Бюллетеню МАГАТЭ, 1998, т.40, №2 нам четырех из десяти планировавшихся в 1998 г. под эгидой МАГАТЭ международных конференций и семинаров рассматривались вопросы моделирования турбулентного теплообмена.
В моделировании турбулентного теплообмена можно выделить два взаимосвязанных направления: первое – разработка моделей турбулентности, адекватно описывающих этот процесс, второе – применение разработанных моделей к расчету конкретных технических устройств. Возросшие требования к безопасности и, следовательно, к прогнозируемости работы создаваемых аппаратов, а также производительность современных суперкомпьютеров обуславливают существенное усложнение разрабатываемых моделей турбулентности, что позволяет точнее описывать процессы, протекающие в этих аппаратах, и более надежно прогнозировать безопасность. Применение подобных моделей для расчетов требует больших затрат машинного времени, так, например, для расчета лопаток турбомашин с использованием современных моделей турбулентности необходимо около 14 часов работы суперкомпьютера МРР с производительностью 2 Гфлоп/с (P.R. Voke, тр. межд. Манч. Конф., p. 8-5). Еще больше времени требуется для численного моделирования ситуации под защитным колпаком, накрывающем АЭС (X. Cheng, H. J. Neitzel, тр. межд. Манч. Конф., p. 7-3).
Существенные, на первый взгляд, финансовые затраты на численное моделирование проектируемых технических устройств позволяют, во-первых, сэкономить значительные средства при непосредственном их создании и, во-вторых, увеличить степень безопасной эксплуатации данных устройств. Вопросы безопасности наиболее актуальны для объектов ядерной энергетики (Бюллетень МАГАТЭ, 1998, т. 40, №1). МАГАТЭ, контролирующая мировую атомную энергетику, широко использует теплофизическое моделирование при оценках безопасности и риска работы ядерных энергетических установок.
В нашей лаборатории:
Ведутся работы по модификации имеющихся многопараметрических моделей турбулентности для описания особенностей свободноконвективных течений. Разрабатывается многопараметрическая модель для напряжений Рейнольдса, предназначенная для расчета течений с интенсивным теплообменом и существенным влиянием архимедовой силы. Ведутся работы по созданию параллельного алгоритма, не зависящего от конкретного численного метода, для расчета итерационными методами. Эффективный маршевый метод решения уравнений Навье - Стокса обобщается на уравнения Рейнольдса, что позволит рассчитывать турбулентные течения с помощью суперкомпьютеров любой архитектуры: векторной, параллельной или векторно-параллельной.
На главную страницу