Архитектура современных CFD-кодов: Препроцессор, Генератор сетки, Решатель (Солвер), Постпроцессор.

Иногда пользователь ошибается при задании варианта и большинство таких ошибок обнаруживаются на первых итерациях вычислительного алгоритма путем созерцания получаемого решения.3 CFD-коды: проблемы и перспективы 3.1 Плюсы CFD-кодовУпрощают работу.CFD-коды помогают выявлять в энергетической установке проблемные фрагменты. Это позволяет разработчикам на этапе проектирования принять все необходимые меры, чтобы улучшить конструкцию или отдельный ее узел[3].К тому же вычислительная гидродинамика помогает снижать сроки и стоимость создания новых образцов и улучшает эксплуатационные характеристикиПовышают безопасность.В 1957 году в Великобритании случился пожар, охвативший 8 тонн уранового топлива (авария в Уиндскейле); в результате произошли расплавление активной зоны реактора и выброс радиоактивности в атмосферу. Эта авария получила 5-й уровень опасности по INES (Международной шкале ядерных событий).Современные компьютерные коды CFD-класса, такие как FDS (FireDynamicsSimulator) или ANSYS CFX, позволяют при моделировании возгораний в помещении получить достаточно близкие к экспериментальным значения температур, понять механизмы развития возгораний, оптимизировать конструкцию АЭС и разработать способы тушения пожара.К тому же эффективные средства 3D-моделирования помогают успешно решать целый ряд задач по повышению аварийной готовности на объектах атомной энергетики: реалистичный анализ аварийных планов, оптимизация мероприятий по предотвращению ЧС и ликвидации их последствий;разработка и научно-техническая поддержка территориальных и ведомственных систем аварийного реагирования;создание тренажеров и программных имитаторов радиационных аварий, предназначенных для обучения персонала кризисных центров и аварийно-спасательных формирований, отработки действий по управлению силами и средствами в условиях ЧС;подготовка и проведение противоаварийных учений и тренингов.Незаменимы при разработке уникальных решений.Когда разрабатывается абсолютно новый проект, когда неизвестно конструкторское решение, нет референтности, преемственности решений и экспериментальных данных, — без CFD обойтись нельзя. Например, при расчетах реакторов малой мощности. Дают новое знание.В интервью AtomInfo.Ru В. Волков назвал CFD-расчеты своего рода «рентгеновским аппаратом, или своеобразным компьютерным томографом, позволяющим понимать течения внутри реакторной установки». По его словам, это новое качество знаний о процессах, которые невозможно получить другими методами. 3.2Главные проблемы использованияКадровый дефицит.Сейчас в стране практически нет профильного образования, позволяющего подготовить квалифицированного CFD-инженера для научно-производственного предприятия; отсутствуют специализированная учебная литература на русском языке и общепринятые методики расчета.Дорогостоящая технология.К сожалению, сегодня вычислительнаягидроаэродинамиказатратна в плане ресурсов. Чтобы смоделировать течение в реакторной установке, ноутбука или стационарного компьютера недостаточно. Рабочее место CFD-инженера — мощная вычислительная система или кластер.Для примера: модель реактора ВВЭР1200 занимает только на жестком диске порядка 200 Гб; столько же места занимают результаты расчетов. Время счета на суперкомпьютере (~1000 ядер) — до недели, столько же уходит на обработку и анализ результатов. Следовательно, массовые расчеты потребуют от атомной энергетики перехода на новую вычислительную базу.Проблема верификации.Обычно для качественных CFD-расчетов необходимо выполнить следующие девять пунктов: постановка задачи исследования, выбор метода расчета, разработка физической модели, выбор расчетного кода, построение расчетной области, разработка компьютерной модели, обработка результатов, валидация и верификация результатов, разработка отчетной документации.И хотя сейчас CFD-моделирование в России представлено слабо, в будущем доля экспериментальной отработки многих вариантов элементов конструкций относительно расчетной будет снижаться. ЗаключениеCFD (ComputationalFluidDynamics) это расчетный метод, позволяющий моделировать потоки жидкостей и газов. Кроме этого, данный метод позволяет учитывать передачи тепла или массы, фазовые изменения, химические реакции, а также механическое движение, напряжение и деформацию твердых материалов.CFD анализа потоков жидкостей и тепловых процессов применяется в следующих отраслях промышленности:Ядерная и классическая энергетика.Охлаждение электрических устройств и электронных цепей.Технологические процессы металлургия, стекольная промышленность, производство пластмассы.Экология – выбросы в атмосферу, атмосферная циркуляция, ветряные электростанции, утечка токсичных и радиоактивных веществ.Формирование микроклимата зданий охлаждение, вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха в зданиях.Автомобильная и авиационная промышленности внутренняя и внешняя аэродинамика.Вращающиеся машины - вентиляторы, компрессоры, турбины и т.д.Технология производства тепло- и массообмен, химические реакции.Список использованной литературыБайбаков В.Д., Воробьев Ю.Б., Кузнецов В.Д., Коды для расчетов ядерных реакторов, Издательство МЭИ, М., 2003, 162 Большухин М. А., Васильев А. Ю., Будников А. В. и др. Об экспериментальных тестах (бенчмарках) для программных пакетов, обеспечивающих расчет теплообменников в атомной энергетике // Вычислительная механика сплошных сред. 2012. Т. 5, № 4. С. 469–480.Воробьев Ю.Б., Кузнецов В.Д., Использование современных интегральных кодов для управления безопасностью АЭС, Вестник МЭИ, 2001, №5, 31-37 МансуриМасуд, Анализ неопределенностей параметров при моделировании динамических процессов в контурах АЭС с ВВЭР, дис. к.т.н., МЭИ, 2005, 166Осипов С.Л., Рогожкин С.А., Соболев В.А., Шепелев С.Ф., Аксенов А.А., Жлуктов С.В. , Сазонова М.Л., Шмелев В.В.. Численное моделирование теплогидравлических процессов в верхней камере быстрого реактора // Атомная энергия. 2013. Т. 115, Вып. 5. С. 295–298.Осипов С.Л., Рогожкин С.А., Фадеев И.Д. и др. Разработка модели LMS для учета турбулентного теплопереноса в натриевом теплоносителе и ее тестирование // Тезисы докл. межд. форума «Инженерные системы-2012». 2012. С. 21–22. Best Practice Guidelines for the Use of CFD in Nuclear Reactor Safety Applications.Nea/CSNI/R, (2007)5, 154 p.Assessmet of CFD Codes for Nuclear Reactor Safety Problems. Nea/CSNI/R,(2007)13, 180 p.Extension of CFD Codes Application to Two-Phase Flow Safety Problems(Phase 2). Nea/CSNI/R, (2007)13.Menter F. CFD Best Practice Guidelines for CFD Code Validation for Reactor-Safety Applications. European Commission, 5th EURATOM FrameworkProgramme, Report. EVOLECORA-D1, 2002.Casey M., Wintergerste T. Special Interest Group on Quality and Trust in IndustrialCFD. Best Practice Guidelines, Ver. 1. ERCOFTAC Report, 2000.Casey M., Wintergerste T. The best practice guidelines for CFD. A European initiativeon quality and trust. American Society of Mechanical Engineers, PressureVessels and Piping Division (Publication) PVP, v. 448, N. 1, 2002,pp. 1−10.Методологические основы CFD-расчетов для поддержки проектирования пневмогидравлических систем http://engjournal.ru/articles/763/763.pdf