Чем я занимаюсь?
18:20 13.08.2014
Чем я занимаюсь?
Мне всегда сложно в двух словах объяснить друзьям и новым знакомым, чем я занимаюсь на работе. Одна сторона - это организация работы команды техподдержки, а также генерация и реализация множества идей, не касающихся разве только бухгалтерии. Другая сторона - куда более поэтичная. И чтобы познакомить интересующихся с этой стороной моей работы, я предлагаю прочитать статью, которую я написал для журнала Суперкомпьютеры. Эта статья написана на совершенно простом языке, она больше популярная, чем научная. Поэтому могу порекомендовать для прочтения всем и каждому.
.png)
Текст статьи "Вы все еще экспериментируете? Пора моделировать" в журнале Суперкомпьютеры #18
Источник: http://www.supercomputers.ru/
Скачать PDF версию всего журнала: http://www.supercomputers.ru/images/stories/Supercomputers_18-2014_.pdf
Вы все еще экспериментируете?
Пора моделировать
Текст И. В. Москалёв, А. А. Аксёнов
До появления суперкомпьютеров и до появления компьютеров вообще даже самые нетривиальные инженерные задачи успешно решались с помощью карандаша, бумаги и, в крайнем случае, логарифмической линейки или живого конвейера из барышень-арифметиков.
Однако сегодня, в условиях глобализации и жесточайшей конкуренции, приближенные инженерные методы применяются только на самых ранних этапах проектирования. Конкурентное преимущество и скорость выхода с ним на рынок определили главенствующую роль суперкомпьютеров в проектно-конструкторской деятельности. Высочайшая точность и наименьшие временные затраты правят балом.
Уровень развития численных методов и непрерывный рост вычислительных мощностей привел к тому, что испытание в опытовом бассейне масштабной модели судна уступает по точности численному моделированию (рис. 1) полноразмерной трехмерной модели. раньше точности испытания масштабных моделей хватало, сегодня международный рынок и растущие требования к безопасности диктуют новые условия.
.png)
Существуют задачи, решение которых экспериментальным методом является нецелесообразным из-за финансовых соображений. ярким примером являются вихревые турбины и компрессоры (рис. 2). Данный тип устройств характеризуется сложной формой проточной части, и к нему неприменимы существующие в турбомашиностроении подходы к инженерному анализу. А все специально разработанные методики опираются на эмпирические коэффициенты. проблема заключается в том, что форма турбины характеризуется более чем десятью наиболее существенными параметрами, взаимное влияние которых на характеристики устройства неизвестно. проведение такого объема экспериментальных исследований для получения упомянутых коэффициентов не представляется возможным с финансовой точки зрения, несмотря на то, что в изготовлении
вихревые машины существенно проще и дешевле традиционных лопаточных машин.
.png)
Крайне большое количество экспериментов требуется и при решении такой категории задач, как поиск оптимального конструкторского решения. И здесь снова численное моделирование и суперкомпьютер позволяют экономить и выигрывать в конкурентной борьбе. Например, с помощью программных комплексов IOSO (интеллектуальный поиск оптимального решения) и FlowVision (вычислительная гидродинамика) проводилась оптимизация дульного тормоза (рис. 3). Используя шесть геометрических параметров, от которых зависит форма дульного тормоза, разработчики нашли решение, которое позволяет максимально снизить откат орудия, не потеряв в скорости движения снаряда. почти всегда, из-за сертификационных требований или необходимости проверки численного решения, от эксперимента полностью отказаться невозможно.
Но в случае задачи оптимизации экспериментом проверяется лишь вариант, выбранный в процессе предварительного гидродинамического моделирования сотен конфигураций изделия.
Деньги, вылетающие в аэродинамическую трубу, стали причиной полного отказа от экспериментальных методов исследования при разработке гоночного болида
«Формулы-1» в одной из команд в 2010 году. стоимость эксперимента особенно сильно «кусается», когда проектируется техника, работающая при критических скоростях, температурах или давлениях. хорошо об этом знают, например, в РКК «Энергия». На рис. 4 приведен результат моделирования отстрела крышки парашютного отсека возвращаемого аппарата нового поколения. В зависимости от скорости и угла атаки при спуске возвращаемого аппарата крышка может улететь в сторону, либо ударить по корпусу, угрожая тем самым нормальному процессу выпуска парашюта. сама крышка при отстреле должна вытащить вытяжной парашют.
.png)
Проблему можно решить, реализовав сложную систему стабилизации возвращаемого аппарата, при которой будет отсутствовать вращение аппарата вокруг своей оси и крышка
гарантированно будет уноситься в сторону потоком набегающего воздуха. Однако такая система отнимет драгоценные полезные массу и пространство. численное моделирование такой задачи впервые было выполнено в CFD-комплексе FlowVision. До этого аналогичные
исследования производились с помощью комбинации статических продувок масштабной модели в аэродинамической трубе и приближенных инженерных подходов для предсказания траектории движения крышки.
Отстреливать многокилограммовую металлическую крышку внутри аэродинамической трубы невозможно, а выполнять испытания по спуску прототипов в десятках различных режимах невозможно тем более.
Принципиальная возможность проведения эксперимента даже на масштабной модели полностью отсутствует при решении ряда задач, например, в атомной энергетике. И не всегда требования к высокой точности моделирования диктуются конкуренцией на рынке. при проектировании реактора на быстрых нейтронах (рис. 5) необходимо учитывать большое количество жестких требований к безопасности: когда цена ошибки слишком велика, не
остается возможности сэкономить на точности. Другой особенностью задач атомной энергетики является крайне сложная форма расчетной области в теплообменниках. сотни
небольших труб, сложная форма активной зоны при больших размерах всего устройства выдвигают высокие требования не только к генератору расчетных сеток, но и к самой вычислительной машине.
.png)
Сегодня решение подобных задач возможно только на суперкомпьютерах. В программном комплексе FlowVision при этом реализовано полностью автоматическое построение расчетной сетки с применением технологии подсеточного разрешения геометрии вкупе с локальной динамической адаптацией расчетной сетки.
Таким образом, подготовка расчетной сетки занимает считанные минуты, а учет мелких деталей поверхности позволяет использовать меньшее число расчетных ячеек по сравнению с аналогами этого программного комплекса при той же точности решения.
Сегодня на поток поставлено решение задач российской атомной энергетики с расчетными сетками порядка сотни миллионов ячеек. При этом гибридный подход к распараллеливанию вычислений с применением одновременно MPI (распределенной памяти) и Intel TBB (общей памяти) позволяет максимально «выжать» вычислительные ресурсы из таких суперкомпьютеров, как «Ломоносов» вычислительного комплекса МГУ.
Многие считают своей обязанностью поставить под сомнение точность, доступную CFD-комплексам. Как бы не было удивительно, но методы вычислительной гидродинамики нередко оказываются не только более эффективными, но и существенно более точными, чем
методы экспериментального исследования. Разрешающая способность виртуальных датчиков ограничена только размерностью расчетной сетки (а значит, доступными вычислительными ресурсами) и выбранным шагом по времени. разрешающая способность разнообразных датчиков из металлов и полупроводников ограничена куда сильнее: если не технологиями, то бюджетом организации, заказывающей создание испытательного стенда.
На рис. 6 представлен результат моделирования работы двигателей системы аварийного спасения на космическом корабле, которые должны срабатывать в случае аварийных ситуаций при старте и уносить от опасной зоны возвращаемый аппарат с космонавтами на борту.
.png)
Исследование динамической ударной нагрузки на корпус возвращаемого аппарата целесообразно проводить в виртуальной среде, т.к. виртуальные датчики спокойно
переносят ударные нагрузки сверх-звуковых струй раскаленного газа из двигателей космического корабля и имеют высочайшую разрешающую способность как в пространстве, так и во времени. Вычислительная гидродинамика в комбинации с высокопроизводительными вычислительными системами позволяют качественно моделировать в кратчайшие сроки даже самые ответственные процессы и устройства. Благодаря развитию российской вычислительной гидродинамики и росту российских суперкомпьютерных мощностей у отечественных
предприятий появляется уникальная возможность достичь успеха на международной гладиаторской бизнес-арене: все необходимое - высокие точность и скорость - в России
есть. Вы все еще экспериментируете? Пора моделировать!
read more at Иллюзия знания
rss2lj
Чем я занимаюсь?
Мне всегда сложно в двух словах объяснить друзьям и новым знакомым, чем я занимаюсь на работе. Одна сторона - это организация работы команды техподдержки, а также генерация и реализация множества идей, не касающихся разве только бухгалтерии. Другая сторона - куда более поэтичная. И чтобы познакомить интересующихся с этой стороной моей работы, я предлагаю прочитать статью, которую я написал для журнала Суперкомпьютеры. Эта статья написана на совершенно простом языке, она больше популярная, чем научная. Поэтому могу порекомендовать для прочтения всем и каждому.
Текст статьи "Вы все еще экспериментируете? Пора моделировать" в журнале Суперкомпьютеры #18
Источник: http://www.supercomputers.ru/
Скачать PDF версию всего журнала: http://www.supercomputers.ru/images/stories/Supercomputers_18-2014_.pdf
Вы все еще экспериментируете?
Пора моделировать
Текст И. В. Москалёв, А. А. Аксёнов
До появления суперкомпьютеров и до появления компьютеров вообще даже самые нетривиальные инженерные задачи успешно решались с помощью карандаша, бумаги и, в крайнем случае, логарифмической линейки или живого конвейера из барышень-арифметиков.
Однако сегодня, в условиях глобализации и жесточайшей конкуренции, приближенные инженерные методы применяются только на самых ранних этапах проектирования. Конкурентное преимущество и скорость выхода с ним на рынок определили главенствующую роль суперкомпьютеров в проектно-конструкторской деятельности. Высочайшая точность и наименьшие временные затраты правят балом.
Уровень развития численных методов и непрерывный рост вычислительных мощностей привел к тому, что испытание в опытовом бассейне масштабной модели судна уступает по точности численному моделированию (рис. 1) полноразмерной трехмерной модели. раньше точности испытания масштабных моделей хватало, сегодня международный рынок и растущие требования к безопасности диктуют новые условия.
Существуют задачи, решение которых экспериментальным методом является нецелесообразным из-за финансовых соображений. ярким примером являются вихревые турбины и компрессоры (рис. 2). Данный тип устройств характеризуется сложной формой проточной части, и к нему неприменимы существующие в турбомашиностроении подходы к инженерному анализу. А все специально разработанные методики опираются на эмпирические коэффициенты. проблема заключается в том, что форма турбины характеризуется более чем десятью наиболее существенными параметрами, взаимное влияние которых на характеристики устройства неизвестно. проведение такого объема экспериментальных исследований для получения упомянутых коэффициентов не представляется возможным с финансовой точки зрения, несмотря на то, что в изготовлении
вихревые машины существенно проще и дешевле традиционных лопаточных машин.
Крайне большое количество экспериментов требуется и при решении такой категории задач, как поиск оптимального конструкторского решения. И здесь снова численное моделирование и суперкомпьютер позволяют экономить и выигрывать в конкурентной борьбе. Например, с помощью программных комплексов IOSO (интеллектуальный поиск оптимального решения) и FlowVision (вычислительная гидродинамика) проводилась оптимизация дульного тормоза (рис. 3). Используя шесть геометрических параметров, от которых зависит форма дульного тормоза, разработчики нашли решение, которое позволяет максимально снизить откат орудия, не потеряв в скорости движения снаряда. почти всегда, из-за сертификационных требований или необходимости проверки численного решения, от эксперимента полностью отказаться невозможно.
Но в случае задачи оптимизации экспериментом проверяется лишь вариант, выбранный в процессе предварительного гидродинамического моделирования сотен конфигураций изделия.
Деньги, вылетающие в аэродинамическую трубу, стали причиной полного отказа от экспериментальных методов исследования при разработке гоночного болида
«Формулы-1» в одной из команд в 2010 году. стоимость эксперимента особенно сильно «кусается», когда проектируется техника, работающая при критических скоростях, температурах или давлениях. хорошо об этом знают, например, в РКК «Энергия». На рис. 4 приведен результат моделирования отстрела крышки парашютного отсека возвращаемого аппарата нового поколения. В зависимости от скорости и угла атаки при спуске возвращаемого аппарата крышка может улететь в сторону, либо ударить по корпусу, угрожая тем самым нормальному процессу выпуска парашюта. сама крышка при отстреле должна вытащить вытяжной парашют.
Проблему можно решить, реализовав сложную систему стабилизации возвращаемого аппарата, при которой будет отсутствовать вращение аппарата вокруг своей оси и крышка
гарантированно будет уноситься в сторону потоком набегающего воздуха. Однако такая система отнимет драгоценные полезные массу и пространство. численное моделирование такой задачи впервые было выполнено в CFD-комплексе FlowVision. До этого аналогичные
исследования производились с помощью комбинации статических продувок масштабной модели в аэродинамической трубе и приближенных инженерных подходов для предсказания траектории движения крышки.
Отстреливать многокилограммовую металлическую крышку внутри аэродинамической трубы невозможно, а выполнять испытания по спуску прототипов в десятках различных режимах невозможно тем более.
Принципиальная возможность проведения эксперимента даже на масштабной модели полностью отсутствует при решении ряда задач, например, в атомной энергетике. И не всегда требования к высокой точности моделирования диктуются конкуренцией на рынке. при проектировании реактора на быстрых нейтронах (рис. 5) необходимо учитывать большое количество жестких требований к безопасности: когда цена ошибки слишком велика, не
остается возможности сэкономить на точности. Другой особенностью задач атомной энергетики является крайне сложная форма расчетной области в теплообменниках. сотни
небольших труб, сложная форма активной зоны при больших размерах всего устройства выдвигают высокие требования не только к генератору расчетных сеток, но и к самой вычислительной машине.
Сегодня решение подобных задач возможно только на суперкомпьютерах. В программном комплексе FlowVision при этом реализовано полностью автоматическое построение расчетной сетки с применением технологии подсеточного разрешения геометрии вкупе с локальной динамической адаптацией расчетной сетки.
Таким образом, подготовка расчетной сетки занимает считанные минуты, а учет мелких деталей поверхности позволяет использовать меньшее число расчетных ячеек по сравнению с аналогами этого программного комплекса при той же точности решения.
Сегодня на поток поставлено решение задач российской атомной энергетики с расчетными сетками порядка сотни миллионов ячеек. При этом гибридный подход к распараллеливанию вычислений с применением одновременно MPI (распределенной памяти) и Intel TBB (общей памяти) позволяет максимально «выжать» вычислительные ресурсы из таких суперкомпьютеров, как «Ломоносов» вычислительного комплекса МГУ.
Многие считают своей обязанностью поставить под сомнение точность, доступную CFD-комплексам. Как бы не было удивительно, но методы вычислительной гидродинамики нередко оказываются не только более эффективными, но и существенно более точными, чем
методы экспериментального исследования. Разрешающая способность виртуальных датчиков ограничена только размерностью расчетной сетки (а значит, доступными вычислительными ресурсами) и выбранным шагом по времени. разрешающая способность разнообразных датчиков из металлов и полупроводников ограничена куда сильнее: если не технологиями, то бюджетом организации, заказывающей создание испытательного стенда.
На рис. 6 представлен результат моделирования работы двигателей системы аварийного спасения на космическом корабле, которые должны срабатывать в случае аварийных ситуаций при старте и уносить от опасной зоны возвращаемый аппарат с космонавтами на борту.
Исследование динамической ударной нагрузки на корпус возвращаемого аппарата целесообразно проводить в виртуальной среде, т.к. виртуальные датчики спокойно
переносят ударные нагрузки сверх-звуковых струй раскаленного газа из двигателей космического корабля и имеют высочайшую разрешающую способность как в пространстве, так и во времени. Вычислительная гидродинамика в комбинации с высокопроизводительными вычислительными системами позволяют качественно моделировать в кратчайшие сроки даже самые ответственные процессы и устройства. Благодаря развитию российской вычислительной гидродинамики и росту российских суперкомпьютерных мощностей у отечественных
предприятий появляется уникальная возможность достичь успеха на международной гладиаторской бизнес-арене: все необходимое - высокие точность и скорость - в России
есть. Вы все еще экспериментируете? Пора моделировать!
read more at Иллюзия знания
rss2lj