V rámci projektu č. TK04020250 podpořeného Technologickou agenturou ČR byla vyvinuta nová verze softwaru pro numerické simulace nestlačitelného turbulentního proudění v tvarově složitých výpočetních oblastech. Řešič je implementován v rámci C++ knihovny G+Smo (https://github.com/gismo/) a umožňuje řešit
- stacionární Navierovy-Stokesovy rovnice,
- nestacionární Navierovy-Stokesovy rovnice,
- RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) rovnice doplněné k-ω SST modelem.
Ve všech případech se jedná o soustavy nelineárních parciálních diferenciálních rovnic, které jsou numericky řešeny pomocí metody isogeometrické analýzy. Isogeometrická analýza je numerickou metodou pro řešení (soustav) parciálních diferenciálních rovnic, která má mnoho prvků společných se známější metodou konečných prvků. Na rozdíl od metody konečných prvků ale využívá pro popis výpočetní oblasti i pro reprezentaci numerického řešení standardní objekty geometrického modelování, jako jsou B-spline a NURBS objekty, které jsou základem mnoha moderních CAD/CAM systémů. Velkou výhodou tak je možnost přesně reprezentovat i tvarově složité oblasti, na rozdíl od metody konečných prvků, která je reprezentuje pouze přibližně.
Software umožňuje pracovat s 2D i 3D výpočetními oblastmi, které jsou reprezentovány jedním nebo více B-spline/NURBS objekty, pokud jsou vzájemně propojeny. V případě víceplátové reprezentace výpočetní oblasti musí být napojení plátů tzv. konformní, tj. hraniční křivky/plochy, přes které jsou pláty napojeny, musí mít stejnou B-spline/NURBS reprezentaci. Obecně je možné využít pro reprezentaci výpočetní oblasti i THB-spline (Truncated Hierarchical B-spline) objekty, které umožňují skutečné lokální zjemňování výpočetní sítě. Plná podpora THB-spline objektů ve formě metod pro adaptivní zjemňování, včetně různých metod pro odhad chyby, strategií pro označování elementů ke zjemnění atd., bude do softwaru zahrnuta v budoucnu.
Z pohledu dalšího nastavení řešiče je možné definovat standardní okrajové podmínky používané při simulaci proudění, jako je homogenní i nehomogenní Dirichletova podmínka, homogenní Neumannova podmínka a periodické podmínky (včetně rotační periodicity). Dále řešič umožňuje využívat stěnové funkce.
Jelikož numerická simulace nestlačitelného turbulentního proudění patří mezi výpočetně velmi náročné úlohy, umožňuje software paralelizaci pomocí MPI (Message Passing Interface). Software tak umožňuje plně využít nejen vícejádrové stroje se sdílenou pamětí, ale i na systémech s distribuovanou pamětí, tedy velkých výpočetních clusterech.
Software je dostupný ke stažení na https://github.com/gismo/gsIncompressibleFlow společně s knihovnou G+Smo, přičemž je nezbytné pomocí nastavení CMake aktivovat balíček gsIncompressibleFlow.
Tento projekt č. TK04020250 je spolufinancován se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci Programu Théta.