TY - JOUR

T1 - Верификация пакетов для расчета течений жидкости в канале при действии внешнего магнитного поля

AU - Смольянов, Иван Александрович

AU - Шмаков, Евгений Игоревич

AU - Бааке, Э.

AU - Гульельме, М.

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Анализируются результаты верификации предлагаемого авторами программного кода для решения задач магнитной гидродинамики в каналах, находящихся под воздействием постоянных магнитных полей, а также открытых программных пакетов: OpenFOAM - для решения задач механики сплошных сред с применением метода конечных объемов; Elmer - для отыскания распределения магнитного поля на основе метода конечных элементов; библиотеки EOF-library - для обмена данными между программами. Вычислительные эксперименты осуществляются на задаче течения жидкости в канале квадратного сечения в присутствии постоянного равномерного магнитного поля, перпендикулярного потоку жидкости. Исследование проводится при условии ламинарности течения, что делает рассматриваемую задачу подобной задаче Гартмана. Предварительно обсуждается существующий опыт реализации аналогичных задач, их верификация и применение. Приводятся математическое описание и основные процедуры для реализации авторского кода. На первом этапе верификации полученные с его помощью поля скорости в канале сравниваются с результатами аналитического решения и решения задачи, рекомендуемой для тестирования разработчиками программы OpenFOAM в двухмерном случае при числах Гартмана 1, 10, 20 и 50. На втором этапе проверки авторского кода вычисленные на его основе распределения скорости при трехмерной постановке задачи течения жидкости в постоянном магнитном поле сопоставляются с данными решения тестовой задачи OpenFOAM и расчетами в системах Comsol и ANSYS. В итоге установлены распределения скорости потока жидкости между стенками канала в двумерной задаче, в трехмерной задаче с электрически изолированными стенками, в трехмерной задаче со стенками, имеющими бесконечную электрическую проводимость. На заключительном этапе верификации оценивается производительность кода в сравнении со встроенным решателем OpenFOAM и коммерческими программами Comsol Multiphysics и ANSYS. Выявлено, что предлагаемый код требует для реализации рассматриваемой задачи больше времени, чем стандартный решатель OpenFOAM, но меньше, чем Comsol и ANSYS. Однако предлагаемый код позволяет решать задачи со сложной геометрией, что недоступно в стандартном решателе OpenFOAM. В заключительном разделе статьи показана эффективность использования кода при распараллеливании вычислений: при его применении существенно снижается время расчета в сравнении с коммерческими программными пакетами Comsol и ANSYS.

AB - Анализируются результаты верификации предлагаемого авторами программного кода для решения задач магнитной гидродинамики в каналах, находящихся под воздействием постоянных магнитных полей, а также открытых программных пакетов: OpenFOAM - для решения задач механики сплошных сред с применением метода конечных объемов; Elmer - для отыскания распределения магнитного поля на основе метода конечных элементов; библиотеки EOF-library - для обмена данными между программами. Вычислительные эксперименты осуществляются на задаче течения жидкости в канале квадратного сечения в присутствии постоянного равномерного магнитного поля, перпендикулярного потоку жидкости. Исследование проводится при условии ламинарности течения, что делает рассматриваемую задачу подобной задаче Гартмана. Предварительно обсуждается существующий опыт реализации аналогичных задач, их верификация и применение. Приводятся математическое описание и основные процедуры для реализации авторского кода. На первом этапе верификации полученные с его помощью поля скорости в канале сравниваются с результатами аналитического решения и решения задачи, рекомендуемой для тестирования разработчиками программы OpenFOAM в двухмерном случае при числах Гартмана 1, 10, 20 и 50. На втором этапе проверки авторского кода вычисленные на его основе распределения скорости при трехмерной постановке задачи течения жидкости в постоянном магнитном поле сопоставляются с данными решения тестовой задачи OpenFOAM и расчетами в системах Comsol и ANSYS. В итоге установлены распределения скорости потока жидкости между стенками канала в двумерной задаче, в трехмерной задаче с электрически изолированными стенками, в трехмерной задаче со стенками, имеющими бесконечную электрическую проводимость. На заключительном этапе верификации оценивается производительность кода в сравнении со встроенным решателем OpenFOAM и коммерческими программами Comsol Multiphysics и ANSYS. Выявлено, что предлагаемый код требует для реализации рассматриваемой задачи больше времени, чем стандартный решатель OpenFOAM, но меньше, чем Comsol и ANSYS. Однако предлагаемый код позволяет решать задачи со сложной геометрией, что недоступно в стандартном решателе OpenFOAM. В заключительном разделе статьи показана эффективность использования кода при распараллеливании вычислений: при его применении существенно снижается время расчета в сравнении с коммерческими программными пакетами Comsol и ANSYS.

KW - Elmer

KW - EOF-library

KW - Magnetohydrodynamics

KW - OpenFOAM

KW - Software verification

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=46706171

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?partnerID=8YFLogxK&scp=85122151997

U2 - 10.7242/1999-6691/2021.14.3.27

DO - 10.7242/1999-6691/2021.14.3.27

M3 - Статья

VL - 14

SP - 322

EP - 332

JO - Вычислительная механика сплошных сред

JF - Вычислительная механика сплошных сред

SN - 1999-6691

IS - 3

ER -