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.
