Численное моделирование на многопроцессорной ЭВМ газового потока вблизи высокоскоростного импульсного источника

М.Г. Бояршинов, А.В. Харченко (Пермь)

К импульсным источникам относятся реактивные ракетные двигатели, расположенные на космодромах, испытательных стендах, установках утилизации твердотопливных ракет, а также целый ряд иных кратковременно действующих промышленных установок, выбрасывающих в окружающий воздух газообразные загрязняющие вещества. Особенности подобных источников проявляются в высокой скорости истечения высокотемпературных продуктов сгорания, причем за сравнительно короткое время работы выбрасывается значительная масса жидких и газообразных веществ, твердых частиц, загрязняющих атмосферу. Зачастую выбрасываемые примеси представляют собой токсичные соединения или газы, которые образуют аэрозоли при взаимодействии с охлаждающей жидкостью (например, водой, вводимой непосредственно в струю продуктов сгорания для охлаждения газового потока) или атмосферной влагой.

Отсутствие методик прогноза последствий выброса в атмосферу загрязняющих веществ импульсными источниками и трудности, связанные с экспериментальным изучением этих последствий, свидетельствуют о необходимости разработки математической модели распространения дисперсной многокомпонентной примеси в воздушном потоке. Сложность процессов взаимодействия, переноса и рассеяния загрязняющих веществ, необходимость наиболее полного учета особенностей рельефа местности и застройки жилых и промышленных территорий приводят к необходимости решения пространственной системы уравнений состояния, баланса масс, импульсов и внутренней энергии фракций и несущей среды с соответствующими краевыми условиями. Для повышения эффективности расчетов вычислительные алгоритмы, реализующие численные методы решения краевой задачи, необходимо адаптировать для использования ЭВМ с параллельной архитектурой.

Для реализации математической модели разработан пакет программ с вычислительным ядром для удаленной ЭВМ с параллельной архитектурой, с развитым интерфейсом и инструментарием для анализа результатов. Вычислительное ядро подготовлено на языке С++ с использованием библиотеки MPI. Объект исследования - испытательный стенд для ракетных двигателей “Протон”. Расчеты проводились на ЭВМ с параллельной архитектурой МВС-1000/16 на базе ИМСС УрО РАН.

Работа поддержана Российским Фондом Фундаментальных Исследований (грант № 02-07-90260).