Оценка вычислительных ресурсов для LES-моделирования: прогноз NASA на 2030 год

Источник: www.nasa.gov

Источник: www.nasa.gov

Анализом практического применения LES моделей при решении инженерных задач занимались многие исследователи, начиная с  конца 1970-х годов. В первую очередь, это относится к WMLES моделям (Wall Modelled Large Eddy Simulation – метод моделирования крупных вихрей с пристенным RANS моделированием). В 1979 году Чепмен [1] предположил, что подобные модели будут использоваться в практических аэродинамических расчетах к середине 1990-х годов. К сожалению, этот прогноз оказался ошибочным, что можно объяснить неверной оценкой требуемых вычислительных ресурсов для LES-моделирования.

В 1997 году [2], а затем в 2000 г. [3] Спаларт и Стрелец сделали более реалистичный прогноз, отодвинув перспективы широкомасштабного использования LES методов в практических приложениях на 2045 год. Оценка авторов основывалась на реальном опыте использования LES и DES методов, накопленном к 2000 г., и учитывала умеренный темп роста производительности компьютеров.

В 2012 году Чои и Мойн [4] пересмотрели оценку ресурсов для реализации LES, предложенную в [1], в сторону ужесточения требований. Они уточнили, что для расчета турбулентности вдали от твердых стенок число требуемых ячеек сетки пропорционально ReL, а не ReL2/5, как предлагалось в [1].

Отметим, что все эти оценки игнорируют процессы во внутренней (пристенной) области пограничного слоя (в ламинарном подслое и переходной области).

В 2014 году специалисты NASA выпустили отчет в рамках программы Revolutionary Computational Aerosciences (RCA), которая направлена на изучение перспектив использования CFD технологий в крупномасштабных задачах с поддержкой высокопроизводительных вычислений (HPC). В рамках этого проекта проводились тестовые расчеты, в том числе и на основе LES метода. В частности, исследовалась нестационарная аэродинамика двумерного профиля NACA0012 с учетом ламинарно-турбулентного перехода. Далее мы расскажем об этой задаче более подробно.

Читать далее