Моделирование процессов тепло- и массообмена на основе уравнений Навье-Стокса:
опыт применения комплекса Fluent и собственных программных средств

Посвящается профессору Льву Алесеевичу Чудову, скончавшемуся 12 января 2008 года

М.Н. Мякшина, В.И. Полежаев

Развитие моделей, численных методов и программного обеспечения для моделирования процессов гидродинамики, тепло-массообмена на основе уравнений Навье-Стокса, их приближений и коммерциализация этих средств ставят перед коллективами, занимающимися физическим и математическим моделированием, задачу рационального сочетания собственных ("in house") и коммерческих программ. Этот вопрос, особенно актуальный в последние годы, рассматривался на заседаниях семинара по численному моделированию процессов тепло- и массообмена, в связи с представлением компанией Process Flow возможностей программного комплекса Fluent, а также тестов некоторых задач конвекции, выполненных участниками семинара*.

В связи с приобретением в рамках ведущей научной школы НШ-3066.2006.8 лицензии на использование версии Fluent, в 2006-2007 гг., начато его систематическое применение в задачах конвективного тепло- и массообмена в однородной и пористой средах, в случае деформируемой межфазной границы в одно- и двухслойных средах и др. Выполнялись также дополнительные тестовые расчеты и двух- и трехмерных задач.

В докладе дана характеристика задач и классификация элементарных процессов конвективного тепло- и массообмена. Обсуждаются результаты тестов решений на основе двумерных моделей тепловой гравитационной и термокапиллярно-концентрационной конвекции. Даны тесты трехмерной модели конвективного датчика. Обсуждаются трудности и возможности прямого численного моделирования колебательных, переходных и турбулентных режимов конвекции. Изложены результаты моделирования некоторых прикладных задач (конвекция и перенос тепла в газовых залежах, конвекция у межфазной границы и анализ данных космических экспериментов и др). Обсуждаются достоинства и недостатки программного комплекса Fluent в сравнении с имеющимися собственными программами, и особенности их применения в задачах механики невесомости и моделирования гравитационно-чувcтвительных процеcсов, а также опыт рационального выбора параметров для решения трехмерных задач.

Представлен план работ по тестам наиболее трудных задач трехмерной конвекции для интерпретации экспериментов по физике жидкости и космическому материаловедению, а также изучению элементарных механизмов конвекции. Даны соображения о развитии образовательных программ и практикумов на основе современных вычислительных средств для решения уравнений Навье-Стокса.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 06-01-00281 и ведущей научной школы НШ-3066.2006.8.

Абстракт доклада

* Полежаев В.И., Глушко Г.С. Численное моделирование процессов тепло- и массообмена. Аннотации докладов научно-исследовательского семинара по численному моделированию процессов тепло- и массообмена. Препринт ИПМех РАН #809. 2006, 99 с.