Отчет о деятельности в 2007 году. Раздел I
ПЕРЕЧЕНЬ ВАЖНЕЙШИХ РЕЗУЛЬТАТОВ НИР
ИНСТИТУТА ПО ИТОГАМ 2007 ГОДА
Технология численного моделирования пространственных нестационарных течений
в проточных частях гидромашин
Авторы научного результата:
Черный С.Г., зав. лаб., д.ф.-м.н., тел. 330-73-73;
Чирков Д.В., н.с., к.ф.-м.н., тел. 330-73-73;
Лапин В.Н., н.с., к.ф.-м.н., тел. 330-73-73;
Банников Д.В., аспирант НГУ.
Аннотация
Предложены и обоснованы новые постановки задач численного моделирования трехмерных нестационарных течений в гидромашинах. Разработанный на их основе инструментарий вычислительного эксперимента в гидродинамике турбомашин реализован в виде программ, зарегистрированных в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам: CADRUN/07 (свид. № 2007613517), CADRUN2/07 (свид. № 2007613518), CADRUN-opt/07 (свид. № 2007613519) и отмеченных серебряной медалью Международной промышленной выставки «Сибполитех-2007». C их помощью промоделированы течения в различных типах гидротурбин и выявлены отличительные особенности возникновения различных типов нестационарности в проточных частях. В частности, новая вычислительная технология позволила провести расчет течения в геометрически сложном проточном тракте с вращающимся поперек поля тяжести рабочим колесом.
Рис. 1.1. Моделирование нестационарного течения в горизонтальной капсульной гидро-турбине Саратовской ГЭС в поле тяжести
Рис. 1. 2. Сход потока со ступицы рабочего колеса в режиме неполной загрузки
Сравнение с мировым уровнем
Уровень достигнутых результатов соответствует мировому.
Важнейшие публикации
1. Пылев И.М., Малышев А.К., Черный С.Г., Скороспелов В.А. Оптимизационное проектирование проточных частей гидротурбин // Тяжелое машиностроение. – 2007. – № 4. – С. 10-13.
2. Bannikov D.V., Lobareva I.F., Cherny S.G., Chirkov D.V., Skorospelov V.A., Turuk P.A. Multiobjective optimization in problems of hydrodynamics of turbomachines // Proceedings of XIII-th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (Novosibirsk, 5 - 10 February 2007). – Novosibirsk. – 2007. – Part 1. – P. 22-27.
3. Lapin V.N., Cherny S.G., Chirkov D.V., Skorospelov V.A., Turuk P.A. Methods and approaches for numerical simulation of flows in hydraulic turbines // Proceedings of XIII-th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (Novosibirsk, 5 - 10 February 2007). – Novosibirsk. – 2007. – Part 3. – P. 172-177.
4. Черный С.Г., Чирков Д.В., Лапин В.Н., Скороспелов В.А., Шаров С.В. Численное моделирование течений в турбомашинах. – Новосибирск: Наука – 2006. – 202с.
Импульсная система пожаротушения на основе
твердотопливного газогенератора
Авторы научного результата:
Рычков А.Д., г.н.с, д.т.н., проф. тел. 330-86-56, e-mail: rych@ict.nsc.ru;
Шокин Ю.И., директор института, академик, тел. 330-61-50, e-mail: dir@ict.nsc.ru.
Аннотация
Предложена схема импульсной аэрозольной системы пожаротушения (ИАСП), представляющая собой устройство раздельного снаряжения для тушения интенсивных очагов возгорания на больших площадях, в котором распыление мелкодисперсного пламегасящего вещества (ПГВ) до уровня наночастиц и транспортировка таких частиц в зону горения осуществляется продуктами сгорания твердотопливного газогенератора кратковременного (импульсного) действия, имеющими относительно низкую температуру и не содержащие окислитель. При воспламенении твердотопливного заряда газогенератора под воздействием продуктов его сгорания происходит компактирование и движение частиц пламегасителя. После их выхода из устройства продукты сгорания формируют баллистическую волну низкой интенсивности, которая сбивает пламя, а также распыляет и диспергирует пламегаситель, который в виде аэрозольного облака доставляется в зону горения. При испарении частиц ПГВ из-за поглощения ими тепла происходит понижение температуры газовой фазы в зоне облака частиц, а также генерация паров ПГВ, обрывающих цепные реакции горения. Разработана математическая модель функционирования такого устройства, с помощью которой на основе вычислительного эксперимента было показано, что газодинамическая структура поля течения, создаваемая ИАСП, обеспечивает эффективный транспорт аэрозольных частиц ПГВ и их паров в зону горения, концентрация которых обеспечивает подавление очагов возгорания.
Рис.1. 3. Схема ИАСП для тушения пожаров на газовых скважинах
Рис. 1.4. Схема ИАСП для тушения пожа-ров на разливах нефти
Рис. 1.5. Взаимодействие ИАСП с дозвуковой струей природного газа при тушении пожаров на газовых скважинах (t = 5 мск)
Рис. 1.6.Взаимодействие ИАСП с дозвуковой струей природного газа при тушении пожаров на газовых скважинах (t = 55 мск)
Рис. 1.7. Структура течения, создаваемая ИАСП, при тушении разлива горящей нефти (t = 10 мск)
Рис. 1.8. Концентрация паров ПГВ вблизи поверхности при тушении разлива горящей нефти (t = 20 мск)
Сравнение с мировым уровнем
Уровень достигнутых результатов соответствует мировому.
Важнейшиепубликации
1. Rychkov A.D., Shokina N.Yu., Eisenreich N., Weiser V. Simulation of the dispersion and ignition of fine-dispersed aluminium particles by a gas generator // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling, vol. 21, No. 5, 2006, pp. 447-457.
2. Rychkov A.D., Miloshevich H., Shokin Yu.I, Eisenreich N., Weiser V. Modeling of dispersion and ignition processes of finely dispersed particles of aluminum using a solid propellant gas generator // Computational Methods in Multiphase Flow IV. WITpress, Southempton, Boston, England, vol. 56, 2007, – pp. 19 - 28.
3. Рычков А.Д., Шокин Ю.И., Милошевич Х. Исследование возможности применения твердотопливных газогенераторов для тушения пожаров на газовых скважинах // Математическое моделирование научно-технологических и экологических проблем в нефтегазодобывающей промышленности (Матер. VI Казахстанско-Российской междун. научно-практ. конф.), Астана, из-во Евразийского ун-та, 2007, с. 274-278.
4. Рычков А.Д., Шокин Ю.И. Моделирование работы генератора аэрозолей в качестве пламегасящего устройства// Матер. XV междунар. конфер. по вычислит. механике и соврем. прикладным программным системам (25 – 31 мая, Алушта), 2007, с. 446 – 448.
Теоретическое и экспериментальное исследование средств и методов
анализа потоков данных и функционирования приложений
в крупных научно-образовательных сетях
Авторы научного результата:
Шокин Ю.И., директор, академик, тел. 330-61-50, e-mail: dir@ict.nsc.ru;
Белов С.Д., с.н.с., тел. 334-91-77, e-mail: belov@nsc.ru;
Никульцев В.С., зав. лаб., к.т.н., тел. 330-81-67, e-mail: nik@ict.nsc.ru;
Огородников В.А., ИВМиМГ СО РАН, в.н.с., д.ф.-м.н., тел. 330-94-67, e-mail: ova@osmf.sscc.ru;
Пригарин С.М., ИВМиМГ СО РАН, в.н.с., д.ф.-м.н., тел. 330-77-21, e-mail: smp@osmf.sscc.ru
Родионов А.С., ИВМиМГ СО РАН, зав.лаб., д.ф.-м.н., тел. 332-69-49, e-mail: alrod@sscc.ru;
Стубарев В.М., инж.-иссл., тел. 334-91-01, e-mail: vicst@ict.nsc.ru;
Чубаров Л.Б., г.н.с., д.ф.-м.н., тел. 333-18-82, e-mail: chubarov@ict.nsc.ru;
Шабальников И В., инж.-иссл., тел. 333-00-64, e-mail: igor@nsc.ru.
Аннотация
Создана и опробована специализированная система сбора информации, предназначенная для раннего обнаружения вредоносных воздействий на СПД СО РАН извне, выявления и анализа проявлений аномального поведения компьютеров абонентов сети и наличия нелегитимных приложений с целью обеспечения приемлемого уровня безопасности сети в целом. В ходе опытной эксплуатации определены характеристики ее работоспособности, надежности и производительности.
Разработан и опробован комплекс программ для анализа связности потоков данных между абонентами СПД СО РАН и контроля за динамикой возникающих при этом топологических структур. Этот комплекс включает графические средства отображения и анализа динамики потоков, обеспечивает соответствующей информацией технологические службы сети, использующие результаты мониторинга для последующего принятия управленческих решений.
Разработаны статистические модели сетевого трафика, адекватность этих моделей проверена на данных, собранных в построенной системе, и на данных, собранных независимо в локальной сети организации-соисполнителя интеграционного проекта СО РАН.
Рис. 1.9. Моментальный срез динамики сетевых потоков между абонентами
Рис. 1.10. То же — в пространстве адресов
Сравнение с мировым уровнем
Уровень достигнутых результатов соответствует мировому.
Важнейшие публикации
1. Шокин Ю.И., Белов С.Д., Чубаров Л.Б. Предварительные результаты тестирования создаваемой системы мониторинга и сбора статистики СПД СО РАН // Вычислительные технологии. – Т. 12. – № 5. – 2007. – С. 126-134.
2. Никульцев В.С. Стубарев В.М., Шабальников И.В., Белов С.Д. Изучение связанности потоков данных между сетевыми абонентами // Вычислительные технологии, (в печати).
Разработка и реализация технологии математического
моделирования для поддержки региональных систем
предупреждения о цунами
Авторы научного результата:
Шокин Ю.И., директор, академик, тел. 330-61-50, e-mail: dir@ict.nsc.ru;
Бабайлов В.В., инженер-иссл., тел. 333-18-82, e-mail: yoric@ngs.ru;
Бейзель С.А., инженер-иссл., тел. 333-18-82, e-mail: beisel_s@ngs.ru;
Гусев А.А., ИВиС ДВО РАН, зав. лабораторией, д.ф.-м.н., e-mail: gusev@emsd.iks.ru;
Гусяков В.К., ИВМиМГ СО РАН, зав. лабораторией, д.ф.-м.н., тел. 330-70-70, e-mail: gvk@sscc.ru;
Елецкий С.В., инженер-иссл., тел. 333-18-82, e-mail: s_v_e_@gorodok.net;
Федотова З.И., с.н.с., к.ф.-м.н., тел. 334-91-21, e-mail: zf@ict.nsc.ru;
Чубаров Л.Б., г.н.с., д.ф.-м.н., тел. 333-18-82, e-mail: chubarov@ict.nsc.ru.
Аннотация
Создана методология разработки баз данных о проявлении волн цунами для защищаемых пунктов побережья, предназначенных для информационного обеспечения экспертных оценок динамического воздействия волн цунами, выполняемых региональными фрагментами национальных систем предупреждения о цунами. Методология реализована для цунамиопасного региона Камчатки и одного из заливов этого региона – Карагинского залива, прилегающего к территориям Карякского национального округа.
Подготовлены соответствующие массивы батиметрической информации; определены основные расчетные области, точки установки расчетных мареографов, отождествляемые с каждым из защищаемых пунктов, а также совокупность модельных «реальных» землетрясений, основанная на модели Подъяпольского-Гусякова-Окады. Создана система вычислительных и общесистемных алгоритмов для серийного расчета начальных возмущений свободной поверхности, подготовлены модифицированные версии вычислительных алгоритмов для расчета трансформации волн цунами от области источника возмущения вплоть до линии берега. Созданы система управляющих алгоритмов, обеспечивающая организацию и проведение серийных расчетов распространения волны цунами; система управления данными, обеспечивающая обработку «сырых» расчетных материалов, а также достаточно простой и, в то же время, гибкий, интерфейс доступа к информации. Выполнен большой объем производственных расчетов, в ходе которых были определены мареограммы, а также экстремальные значения высот в защищаемых пунктах.
Рис. 1.11. Распределение максимальных амплитуд волны цунами в Карагинском заливе, вызванной модельным «реальным» землетрясением магнитудой 7.8.
На врезках: расположение очага модельного землетрясения (вверху), рельеф дна акватории (внизу). Справа – цветовая шкала.
Рис. 1.12. Фрагмент рабочего окна информационной системы
Сравнение с мировым уровнем
Уровень достигнутых результатов соответствует мировому.
Важнейшие публикации
1. Shokin Yu.I., Fedotova Z.I., Khakimzyanov G.S., Chubarov L.B., Beisel S.A. Modelling surfaces waves generated by a moving landslide with allowance for vertical flow structure // Rus. J. Numer. Anal. Math. Modelling. – 2007. – Vol. 22. – № 1. – pp. 63–85.
2. Beisel S.A., Chubarov L.B., Fedotova Z.I., and Khakimzyanov G.S. On the approaches to a numerical modeling of landslide mechanism of tsunami wave generation // Communications in Applied Analysis. – Vol. 11 (2007). – No. 1. – pp. 121-135.
3. Chubarov L.B. Mathematical modelling in constructing Kamchatka regional tsunami warning systems // In: Abstracts of The Fourth International Conference on Applied Mathematics and Computing, v. 1 (August 12-18, 2007 Plovdiv, Bulgaria) Editor Svetoslav Nenov. – pp. 76-77.
4. Shokin Yu. I., Chubarov L.B., Fedotova Z.I., Beizel S.A. and EletskyS.V. (2006) Principles of numerical modeling applied to the tsunami problem // Russ. J. Earth Sci., 8, ES6004, doi:10.2205/2006ES000216. ISSN: 1681–1208 (online) 23 p.
5. Елецкий С.В. Программная система моделирования волн цунами NEREUS, опыт разработки: предназначение и реализация // В кн.: Изучение природных катастроф на Сахалине и Курильских островах: сборник материалов I (XIX) Международной конференции молодых ученых, посвященной 60-летию Института морской геологии и геофизики ДВО РАН (Южно-Сахалинск, 15-20 июня 2006 г.) / отв. ред. О.Н. Лихачева, Южно-Сахалинск. Институт морской геологии и геофизики ДВО РАН. – 2007. – С. 230-236.
6. Гусяков В.К., Елецкий С.В., Федотова З.И., Чубаров Л.Б. Обзор и сравнение некоторых программных систем для моделирования цунами // там же, С. 214-221.
7. Шокин Ю. И., Федотов А. М., Чубаров Л. Б. Информационно-телекоммуникационные системы поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций // Проблемы снижения риска и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на территории Сибирского региона // Материалы научно-практической конференции. – Новосибирск. – 2006. – С. 13-24.
8. Шокин Ю.И., Бейзель С.А., Елецкий СВ., Федотова З.И., Чубаров Л.Б. О некоторых особенностях вычислительных алгоритмов в задачах о волнах цунами // В кн.: Труды международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании». I том . -Павлодар: ТОО НПФ «ЭКО», 2006 -690 с, JSBN 9965-439-69-9, с. 14 – 35.
9. Шокин Ю.И., Бабайлов В.В., Бейзель С.А., Гусев А.А., Гусяков В.К., Елецкий С.В., Федотова З.И., Чубаров Л.Б. Информационно-вычислительные аспекты совершенствования камчатского фрагмента национальной системы предупреждения о цунами // Вычислительные технологии, 15 стр. (в печати);
10. Shokin Yu.I., Babailov V.V., Beisel S.A., Chubarov L.B., Eletsky S.V., Fedotova Z.I., Gusyakov V.K.,Mathematicalmodellinginregionaltsunamiwarningsystems // Notes on Numerical Fluid Mechanics and Multidisciplinary Design. 27 p. (в печати);
11. Шокин Ю.И., Чубаров Л.Б., Федотова З.И. Об использовании методов численного моделирования для оценки катастрофических воздействий длинных волн на прибрежную территорию // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций, 11 стр. (в печати).
Разностные схемы типа предиктор – корректор
для решения задач аэродинамики и физики плазмы
Авторы научного результата:
Ковеня В. М. , г.н.с., д.ф.-м. н., тел. 3306-168, e-mail: kovenya@ict.nsc.ru;
Слюняев А. Ю., аспирант;
Козлинская Т. В., аспирант НГУ;
Романовский М. Ю., аспирант НГУ.
Аннотация
Для численного решения уравнений Навье-Стокса сжимаемого газа и несжимаемой жидкости и уравнений физики плазмы предложены экономичные разностные схемы типа предиктор – корректор, основанные на специальном расщеплении исходных многомерных задач. Предложенные схемы консервативны, реализуются скалярными прогонками на дробных шагах, т.е. они экономичны по числу операций на узел сетки, имеют второй порядком аппроксимации, безусловно устойчивы или имеют слабые ограничения на устойчивость. Это позволяет применять их для решения стационарных и нестационарных задач. Проведены расчеты внутренних течений в канале со вдувом газа с части поверхности (рис. 1.13) в широком диапазоне чисел Маха и Рейнольдса, течения несжимаемой жидкости в каверне и решена задача о разлете горячего сгустка плазмы начальной сферической формы под воздействием гидродинамических сил и магнитного поля (рис. 1.14).
Рис. 1.13. Поле скорости в канале со вдувом при M = 2, Re = 103
Рис. 1.14(а). Распределение плотности на момент времени t = 0.2 для M2A = 15
Рис. 1.14(б). Распределение плотности на момент времени t = 0.2 для M2A = 30
Рис. 1.14(в). Распределение давления на момент времени t = 0.2 для M2A = 15
Рис. 1.14(г). Распределение давления на момент времени t = 0.2 для M2A = 30
Сравнение с мировым уровнем
Уровень достигнутых результатов соответствует мировому.
Важнейшие публикации
1. Ковеня В.М. Алгоритмы оптимального расщепления в задачах аэро- и гидродинамики // Математическое моделирование. – 2004. – Т. 16 – № 6. – С. 21–25.
2. Астрелин В.Т., Бурдаков А.В., Ковеня В.М., Козлинская Т.В. Численное моделирование динамики плазмы в неоднородном магнитном поле // Журнал прикладной механики и технической физики. – 2006. – Т. 47. – № 1. – С. 35–45.
3. Ковеня В.М., Козлинская Т.В. Метод предиктор – корректор для решения задач магнитной гидродинамики // Вычислительные технологии. – 2006. – Т. 11. – № 1, спец. вып. – С. 84-93.
4. Ковеня В.М. Об одном алгоритме решения уравнений Навье-Стокса вязкой несжимаемой жидкости // Вычислительные технологии. – 2006. – Т. 11 – № 2. – С. 35-4.
5. Астрелин В.Т., Ковеня В. М. Козлинская Т.В. Численное моделирование движения плазмы в магнитном поле. Двумерный случай. // Прикладная механика и техническая физика. – 2007. – Т. 48. – № 3. – с. 121-132.
6. Ковеня В. М., Слюняев А.Ю. Модификации алгоритмов расщепления для решения уравнений Эйлера и Навье-Стокса. // Вычислительные технологии. – 2007. – Т. 12. – № 3. – С. 71 -86.
7. Ковеня В. М. Численные алгоритмы расщепления в задачах аэродинамики и физики плазмы. // Материалы XV межд. конф. по вычислительной. механике и современным прикладным системам (Алушта, 25-31 мая 2007 г.). – С. 278-280.
8. Ковеня В. М. Метод расщепления в задачах аэрогидродинамики и физики плазмы. Всесоюзн. конф. Проблемы механики сплошных сред. // Тез. докл., Новосибирск. – 2007. – С. 102-103.
9. Kovenya V.M. Slunyaev A. Ju. Modification of Splitting Algorithms for Solution of Euler and Navier-Stokes Equations // Intern. Conf. on the Methods of Aeronautical Research (5 - 10.02. 2007, Novosibirsk) «Publishing House Nonparel». – 2007. – Рart 3. – P. 162-166.
Математическое моделирование волоконных линий связи
основанных на кодировке информации
по разности оптических фаз
Авторы научного результата:
Федорук М.П., зам. директора , д.ф.-м.н., тел. 334-91-05;
Штырина О.В., н.с., к.ф.-м.н., тел. 330-90-72;
Латкин А.И., инж.-иссл., к.ф.-м.н., тел. 330-90-72.
Аннотация
Методами математического моделирования выполнено исследование многоканальных высокоскоростных линий связи с дисперсионным управлением и комбинированной схемой усиления оптических сигналов, использующих новые фазово-модулированные форматы кодирования и передачи данных. Проведена сравнительная характеристика форматов с амплитудной и фазовой модуляцией несущей электромагнитной волны для оптических линий связи на основе стандартного одномодового волокна и ультра-волновых световодов. Результаты численного моделирования показывают, что использование фазово-модулированных форматов приводит к возрастанию максимальной дальности качественной связи в среднем в три раза по сравнению с амплитудно модулированными форматами. Установлено, что оптимальные режимы распространения в случае как амлитудно-модулированных, так и фазово-модулированных форматов реализуются при нормальной (отрицательной) средней дисперсии линий, однако в случае амлитудно-модулированных форматов эта величина оказывается гораздо выше, чем для фазово-модулированных форматов. Параметры на графиках соответствуют ширинам оптического и электрического фильтров и характеристикам усиления.
Рис. 1.15. Изолинии дистанции распространения сигнала для амплитудного (слева) и фазового (справа) форматов модуляции передачи данных
Рис. 1.16. Изолинии дистанции распространения сигнала для π/2 AP-RZ OOK (слева) и π/2 RZ-DPSK (справа) форматов
Сравнение с мировым уровнем
Уровень достигнутых результатов соответствует мировому.
Важнейшие публикации
1. Штырина О.В., Федорук М.П., Турицын С.К. Исследование новых модуляционных форматов передачи данных для высокоскоростных волоконно-оптических линий связи с дисперсионным управлением // Квантовая электроника. – 2007. – Т. 37 – № 9. – С. 885-890.
2. Штырина О.В., Якасов А.В., Латкин А.И., Турицын С.К., Федорук М.П. Исследование высокоскоростных волоконно-оптических линий связи, использующих кодирование информации по разности оптических фаз // Квантовая Электроника. – 2007. – Том 37. – № 6. – С. 584-589.
3. Turitsyn S.K., Fedoruk M.P., Shtyrina O.V. et.al. Patterning effects in a WDM RZ-DBPSK SMF/DCF optical transmission at 40 Gbit/s channel rate optical transmission at 40 Gbit/s channel rate // Optics Communications 2007. – V. 277. – P. 264-268.
4. Fedoruk M.P., Shtyrina O.V., Yakasov A.V. et.al. High Performance Configuration of All-Raman Nx40 Gbit/s RZ-DPSK Systems over Ultrawave Maps // Conference Digest for CLEO/Europe. – IQEC 2007. – Munich, Germany. – P. CI1-3-TUE.
5. Fedoruk M.P., Turitsyn S.K., Shtyrina O.V. et.al. Patterning of errors in 40 Gbit/s WDM RZ-DBPSK SMF/DCF optical transmission system // Proceedings OFC’2007, Anaheim, USA (March 27-29, 2007). – P. JWA40-1-JWA40-3.
6. Федорук М.П., Турицын С.К., Латкин А.И., Штырина О.В., Якасов А.В. Моделирование высокоскоростных волоконных линий связи, использующих гибридные схемы усиления и кодирование информации по разности оптических фаз // Труды Российского семинара по волоконным лазерам (Новосибирск, 4-6 апреля 2007) – С. 32-33.
СОДЕРЖАНИЕ
|
