Астрофизические алгоритмы применили для моделирования земной аэродинамики

Исследователи Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта адаптировали сложнейший астрофизический инструмент для решения земных инженерных задач. За основу взят передовой метод подвижных сеток Вороного, разработанный международной группой под руководством Фолькера Шпрингеля и применяемый для моделирования эволюции галактик.

Астрофизические алгоритмы применили для моделирования земной аэродинамики

Прямое заимствование космических алгоритмов оказалось невозможным из-за специфики наземной аэродинамики. Для работы с прикладными задачами коллектив лаборатории астрофизики БФУ создал собственный модуль симуляции открытых границ, сквозь которые в расчетную область проникают потоки газа. Кроме того, был разработан алгоритм учета твердых поверхностей посредством так называемых генераторов фантомных ячеек – особых элементов сетки, имитирующих отражение потока от твердой границы.

Алексей Байгашов, руководитель астрономического сообщества БФУ им. И. Канта, рассказал, что адаптация метода к принципиально иным условиям потребовала решить массу проблем. Например, генераторы фантомных ячеек отказывали при резких скачках плотности. Ученые переработали их алгоритм, подобрали параметры позиционирования и даже поместили отражающие ячейки в два слоя ради точности. Сложности вызвала и генерация самой сетки на границах моделируемого пространства.

В качестве полигона для испытаний ученые выбрали трехлопастный вертикальный ветрогенератор, прототип которого ранее напечатали на 3D-принтере. Ключевым тестом стало численное моделирование взаимодействия вращающихся лопастей с мощной ударной волной.

Результаты представлены в виде визуализации: на равномерно вращающийся ротор слева направо набегает фронт высокого давления, формируя уплотнения у кромок. На видео отображены границы ячеек расчетной сетки – они динамически движутся за лопастями, корректно отражают волну и деформируются вслед за турбулентными следами. Все трансформации после запуска происходят автоматически, что обеспечивает стабильность расчета в экстремальных условиях.

В перспективе система позволит физически точно моделировать взаимное влияние подвижных объектов и среды. Разработка найдет применение в проектировании ветропарков с учетом рельефа, расчете аэродинамики летательных аппаратов, а также во внутренней динамике сложных турбин и насосов. Сейчас группа проводит финальную верификацию метода на эталонных задачах для публикации в ведущем научном издании.

Читайте также

В МИСИС усовершенствовали магнитные датчики для поиска микротрещин в зданиях

В МИСИС усовершенствовали магнитные датчики для поиска микротрещин в зданиях

Российские ученые создали вихревой очиститель воздуха с эффективностью почти 100%

Российские ученые создали вихревой очиститель воздуха с эффективностью почти 100%

Робот-насекомое отскакивает от стен и не боится мухобоек

Робот-насекомое отскакивает от стен и не боится мухобоек

В МАИ разрабатывают карту допустимых повреждений для лопаток авиадвигателей

В МАИ разрабатывают карту допустимых повреждений для лопаток авиадвигателей

Greenworks представила компактную дрель-шуруповёрт DD560 с защитой от отдачи

Greenworks представила компактную дрель-шуруповёрт DD560 с защитой от отдачи

Может ли искусственный интеллект чувствовать боль? Учёные обнаружили необычные реакции нейросетей

Может ли искусственный интеллект чувствовать боль? Учёные обнаружили необычные реакции нейросетей

Greenworks представила компактный гайковёрт IW3450 с крутящим моментом до 580 Нм

Greenworks представила компактный гайковёрт IW3450 с крутящим моментом до 580 Нм

Нейросеть обучили слушать города и распознавать источники шума

Нейросеть обучили слушать города и распознавать источники шума

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Что происходит с физикой, когда вы прыгаете в вагоне поезда?

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Комета Галлея возвращается: почему её появление в 1986 году разочаровало миллионы людей и чего ждать в 2061-м

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Почему электромобилям не нужна коробка передач — и зачем Porsche все-таки ее использует?

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Не только чума: семь самых смертоносных эпидемий и пандемий в истории человечества

Микропластик в чае: чайные пакетики не так безобидны, как можно подумать

Микропластик в чае: чайные пакетики не так безобидны, как можно подумать

Apple представила MacBook Pro и iMac с процессором M6

Apple представила MacBook Pro и iMac с процессором M6

Учёные предположили, что загадочные нейтрино могли определить судьбу Вселенной после Большого взрыва

Учёные предположили, что загадочные нейтрино могли определить судьбу Вселенной после Большого взрыва

Samsung W27 показали на новых рендерах перед презентацией 29 октября

Samsung W27 показали на новых рендерах перед презентацией 29 октября