Разработка пакета программ для трехмерного численного моделирования многофазных многокомпонентных течений в атомной энергетике

Авторы

  • С.В. Дьяченко Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского

Ключевые слова:

многофазные течения, многокомпонентные течения, сжимаемые течения, численное моделирование, параллельные вычисления, пакеты программ, атомная энергетика

Аннотация

Рассмотрены теоретические и практические аспекты разработки пакета программ для трехмерного численного моделирования многофазных многокомпонентных течений в атомной энергетике. Среди теоретических вопросов особое внимание уделено построению общей модели отношений между массовыми, скоростными, энергетическими, объемно-долевыми и материальными компонентами, задаче поиска равновесного давления фаз гетерогенной системы и проблеме организации сквозного однородного расчета смеси сильносжимаемых и слабосжимаемых фаз в широком диапазоне чисел Маха. Описаны используемые подходы к пре- и постпроцессингу. Приведены предварительные данные по масштабируемости параллельного кода. Статья рекомендована к публикации Программным комитетом Международной научной конференции «Параллельные вычислительные технологии» (ПаВТ-2014; http://agora.guru.ru/pavt2014).

Автор

С.В. Дьяченко

Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского
пл. Бондаренко, 1, 249033, Обнинск
• старший научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. Brackbill J. U., Kothe D. B., Zemach C. A continuum method for modeling surface tension // J. Comput. Phys. 1992. 100, N 2. 335-354.
  2. Scardovelli R., Zaleski S. Direct numerical simulation of free-surface and interfacial flow // Annu. Rev. Fluid Mech. 1999. 31. 567-603.
  3. Osher S., Fedkiw R. P. Level set methods: an overview and some recent results // J. Comput. Phys. 2001. 169, N 2. 463-502.
  4. Jacqmin D. Calculation of two-phase Navier-Stokes flows using phase-field modeling // J. Comput. Phys. 1999. 155, N 1. 96-127.
  5. Yabe T., Xiao F., Utsumi T. The constrained interpolation profile method for multiphase analysis // J. Comput. Phys. 2001. 169, N 2. 556-593.
  6. Takagi S., Matsumoto Y. Three-dimensional deformation of a rising bubble // Proc. of the German-Japanese Symposium on Multiphase Flow (KfK 5389). 1994. 499-512.
  7. Ryskin G., Leal L. G. Numerical solution of free-boundary problems in fluid mechanics. Part 2. Buoyancy-driven motion of a gas bubble through a quiescent liquid // J. Fluid Mech. 1984. 148. 19-35.
  8. Oran E. S., Boris J. P. Numerical simulation of reactive flow. New York: Elsevier, 1987.
  9. Hu H. H., Patankar N. A., Zhu M. Y. Direct numerical simulations of fluid-solid systems using the arbitrary Lagrangian-Eularian technique // J. Comput. Phys. 2001. 169, N 2. 427-462.
  10. Johnson A. A., Tezduyar T. E. 3D simulation of fluid-particle interactions with the number of particles reaching 100 // Comput. Methods Appl. Mech. Eng. 1997. 145, N 3/4. 301-321.
  11. Hou T. Y., Lowengrub J. S., Shelley M. J. Boundary integral methods for multicomponent fluids and multiphase materials // J. Comput. Phys. 2001. 169, N 2. 302-362.
  12. Pozrikidis C. Interfacial dynamics for Stokes flow // J. Comput. Phys. 2001. 169, N 2. 250-301.
  13. Glimm J., Grove J. W., Li X. L., Shyue K., Zeng Y., Zhang Q. Three dimensional front tracking // SIAM J. Sci. Comp. 1998. 19, N 3. 703-727.
  14. Yeoh G. H., Tu J. Computational techniques for multiphase flows. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2009.
  15. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. 1. М.: Наука, 1987.
  16. Bohl W.R., Luck L.B. SIMMER-II: a computer program for LMFBR disrupted core analysis. Report LA-11415-MS. Los Alamos: Los Alamos National Laboratory, 1990.
  17. Писсанецки С. Технология разреженных матриц. М.: Мир, 1988.
  18. Базаров И.П. Термодинамика. М.: Физматлит, 1961.
  19. Flatten T., Morin A., Munkejord S. T. On solutions to equilibrium problems for systems of stiffened gases // SIAM Journal of Applied Mathematics. 2011. 71, N 1. 41-67.
  20. Samulyak R., Prykarpatskyy Y. Richtmyer-Meshkov instability in liquid metal flows: influence of cavitation and magnetic fields // Mathematics and Computers in Simulation. 2004. 65, N 4/5. 431-446.
  21. Saurel R., Abgrall R. A Simple method for compressible multifluid flows // SIAM J. Sci. Comput. 1999. 21, N 3. 1115-1145.
  22. Cordier F., Degond P., Kumbaro A. An asymptotic-preserving all-speed scheme for the Euler and Navier-Stokes equations // J. Comput. Phys. 2012. 231, N 17. 5685-5704.
  23. Arun K. R., Noelle S., Luk`aucov`a-Medvid’ov`a M., Munz C.-D. An asymptotic preserving all mach number scheme for the Euler equations of gas dynamics. Preprint N 348. Aachen: Inst. für Geometrie und Praktische Mathematik, 2012.
  24. Haack J., Jin S., Liu J.-G. An all-speed asymptotic-preserving method for the isentropic Euler and Navier-Stokes equations // Commun. Comput. Phys. 2012. 12. 955-980.
  25. Weiss J. M., Smith W. A. Preconditioning applied to variable and constant density flows // AIAA Journal. 1995. 33, N 11. 2050-2057.
  26. Mulas M., Chibbaro S., Delussu G., Di Piazza I., Talice M. Efficient parallel computations of flows of arbitrary fluids for all regimes of Reynolds, Mach and Grashof numbers // International Journal of Numerical Methods for Heat &; Fluid Flow. 2002. 12, N 6. 637-657.
  27. Teixeira R., Alves L., Karagozian A. R., Kelly R. E. On the solution of the compressible flow equations at small Mach numbers // Proc. of the 12th Brazilian Congress of Thermal Engineering and Sciences (November 10-14, 2008, Belo Horizonte, MG). Rio de Janeiro: ABCM Press, 2008. 101-110.
  28. Fornberg B. Generation of finite difference formulas on arbitrarily spaced grids // Math. Comp. 1988. 51, N 184. 699-706.
  29. ISO/IEC 14882:2003 Standard // (http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=38110; дата обращения: 13.02.2014).
  30. MPI Documents (http://www.mpi-forum.org/docs/docs.html; дата обращения: 13.02.2014).
  31. Redmine (http://www.redmine.org; дата обращения: 13.02.2014).
  32. Git (http://www.git-scm.com; дата обращения: 13.02.2014).
  33. CMake - Cross Platform Make (http://www.cmake.org; дата обращения: 13.02.2014).
  34. Doxygen (http://www.stack.nl/ dimitri/doxygen/; дата обращения: 13.02.2014).
  35. Paraview - Open Source Scientific Visualization (http://www.paraview.org; дата обращения: 13.02.2014).
  36. Tecplot (http://www.tecplot.com; дата обращения: 13.02.2014).
  37. SALOME Platform (http://www.salome-platform.org; дата обращения: 13.02.2014).
  38. METIS - Serial Graph Partitioning and Fill-Reducing Matrix Ordering // (http://glaros.dtc.umn.edu/gkhome/metis/metis/overview; дата обращения: 13.02.2014).
  39. ParMETIS - Parallel Graph Partitioning and Fill-reducing Matrix Ordering // (http://glaros.dtc.umn.edu/gkhome/metis/parmetis/overview; дата обращения: 13.02.2014).
  40. Aztec (http://acts.nersc.gov/aztec; дата обращения: 13.02.2014).
  41. Гасилов В.А., Болдарев А.С., Дьяченко С.В., Ольховская О.Г., Карташева Е.Л., Болдырев С.Н., Багдасаров Г.А., Гасилова И.В., Бояров М.С., Шмыров В.А. Пакет прикладных программ MARPLE3D для моделирования на высокопроизводительных ЭВМ импульсной магнитоускоренной плазмы // Математическое моделирование. 2012. 24, № 1. 55-87.
  42. Gasilov V., D’yachenko S., Olkhovskaya O., Boldarev A., Kartasheva E., Boldyrev S. Object-oriented programming and parallel computing in radiative magnetohydrodynamics simulations // Parallel Computing: Architectures, Algorithms and Applications. Series: Advances in Parallel Computing. Amsterdam: IOS Press, 2008. Vol. 15, pp. 475-482.
  43. Дьяченко С.В., Гасилова И.В., Дорофеева Е.Ю. Разработка конвертера данных из интегрированной CAD-CAE системы Salome в прикладной код для численного решения начально-краевых задач методом сеток. Препринт № 36 ИПМ им. М. В. Келдыша. М., 2012.
  44. Дьяченко С.В., Багдасаров Г.А., Ольховская О.Г. Средства профилирования и анализа многопоточных приложений Oracle (Sun) Studio Performance Analyzer. Препринт № 38 ИПМ им. М. В. Келдыша. М., 2012.

Загрузки

Опубликован

24-04-2014

Как цитировать

Дьяченко С. Разработка пакета программ для трехмерного численного моделирования многофазных многокомпонентных течений в атомной энергетике // Вычислительные методы и программирование. 2014. 15. 162-182

Выпуск

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения