1.4.1 Подходы к решению задач CFD

1. Академический подход

Этот подход заключается в самостоятельной реализации метода вычислительной гидродинамики (написании собственного CFD-кода).

• Цель. Решение типовых задач, связанных с научно-исследовательской деятельностью.
• Специфика. Проверка новых физико-математических моделей для описания малоизученных процессов. Характеризуется стремлением к чрезвычайно высокой точности результатов.
• Требования к инженеру. Для реализации такого подхода требуется целый набор уникальных компетенций: глубокие познания в механике, термодинамике, гидродинамике, математическом анализе, численных методах, а также умение писать параллельные расчётные программы.

2. Промышленный подход

Этот подход, наиболее актуальный для инженеров, заключается в использовании готовых CFD-систем общего назначения для решения инженерных расчётных задач.

• Цель. Численное моделирование хорошо изученных физических процессов, описываемых апробированными физико-математическими моделями, прошедшими всесторонний валидационный анализ.
• Результат. Обеспечение точности, достаточной для решения задач инженерных расчётов.
• Требования к инженеру. Не требуются углубленные знания математики, физики и программирования, необходимые для написания кода. Однако для эффективного использования готовых систем необходимо понимание моделей и методов вычислительной гидродинамики на достаточном для инженера уровне.

 

Модели и Методы CFD

Понимание моделей и методов критически важно для инженера, работающего по промышленному подходу:

1. Модели CFD. Это совокупность физико-математических моделей для описания течений сплошных сред. Они включают системы дифференциальных уравнений (с полуэмпирическими слагаемыми) и формулировку начальных и граничных условий. Знание моделей обеспечивает математически корректную постановку задачи, гарантирующую существование и единственность решения.
2. Методы CFD. Это совокупность разнообразных численных методов и алгоритмов, реализующих метод сеток в прикладных комплексах. К ним относятся методы построения расчётных сеток, методы дискретизации уравнений, методы численного решения систем линейных алгебраических уравнений, а также алгоритмы параллельных вычислений. Понимание этих методов позволяет инженеру выбрать подходящий инструмент и методику (например, построение сетки или режим параллельной работы) для эффективного и точного решения задачи с наименьшими затратами вычислительных ресурсов.

Следующий урок будет посвящен краткому обзору современных промышленных программных комплексов вычислительной гидродинамики.