Турбулентные течения с их хаотическими потоками и завихрениями возникают повсеместно, и их детальное понимание имеет огромное значение на практике. Однако точное моделирование турбулентности требует огромных и далеко не всегда доступных вычислительных ресурсов, часто — суперкомпьютеров. Упростить и ускорить эти расчеты поможет новый алгоритм, предложенный физиком из МГУ им. М.В. Ломоносова Борисом Краснопольским. Его статья опубликована в журнале Computer Physics Communications.
Движение жидкости или газа описывается системой уравнений Навье — Стокса. Их численное решение позволяет проводить прямое моделирование турбулентных течений и дает достаточно точные результаты. Однако такое прямое численное моделирование (Direct Numerical Simulation, DNS) крайне требовательно к вычислительным ресурсам и редко применяется для решения практических задач. В этих случаях чаще прибегают к таким подходам, как метод крупных вихрей (Large Eddy Simulation, LES), который ведет расчеты лишь на довольно больших масштабах, учитывая эффекты мелких вихрей с помощью специальных математических процедур.
Новый подход, предложенный старшим научным сотрудником НИИ Механики Борисом Краснопольским, позволяет ускорить работу метода DNS без потери его точности. Для этого алгоритм ведет интегрирование на малых масштабах, получая промежуточные значения величин, которые затем используются для проверки результатов работы других моделей. Демонстрируя его работу на практике, Краснопольский провел моделирование двух классических задач: турбулентного потока в прямом свободном канале и в канале с сеткой из кубических «препятствий». Моделирование прошло вдвое быстрее, чем при использовании традиционного подхода.
В разговоре с пресс-службой МГУ Краснопольский подчеркнул, что его алгоритм позволяет усовершенствовать и работу метода LES. «У данного алгоритма имеется значительный потенциал дальнейшего совершенствования как с точки зрения области его применимости, так и общего ускорения расчета», — заключил ученый.
