Заседание семинара "Высокопроизводительные вычисления" 04.05.2023 в 11-00. "Вычислительный алгоритм для двухфазной модели газ-твердые частицы с химическими реакциями и лазерным излучением", Елизавета Евгеньевна Пескова

   Разработан параллельный вычислительный алгоритм для модели двухфазной химически активной среды с лазерным излучением. Модель представляет собой систему уравнений Навье-Стокса в приближении малых чисел Маха для многокомпонентных реагирующих смесей, дополненную уравнениями химической кинетики, уравнением для интенсивности излучения, уравнениями для твердой фазы. При этом твердая фаза описывается в терминах концентраций частиц. Для их описания используются системы уравнений конвекции-диффузии-реакции, дополненные тепловыми слагаемыми от лазерного излучения и реакционными членами для соединений на поверхности.
    Общий алгоритм решения основан на схеме расщепления по физическим процессам: химические реакции, конвекция-диффузия, стационарный процесс для поправки к давлению. При построении вычислительного алгоритма для аппроксимации конвективных членов в уравнениях Навье-Стокса используется WENO схема. При расчете уравнений химической кинетики, уравнений для интенсивности излучения и температуры твердой фазы применяется подключаемый модуль RADAU5. Временные производные аппроксимируются явным образом.
    Данный подход гарантирует эффективность использования разработанной разностной схемы для параллельной реализации. Параллельный алгоритм основан на принципах геометрического параллелизма, для межпроцессорного взаимодействия используется стандарт MPI. Для получения информации об эффективности параллельного алгоритма проведены расчеты на последовательности измельчающихся сеток с разным количеством расчетных узлов.
    С использованием разработанного параллельного кода проведены расчеты течения двухфазной среды газ-твердые частицы с химическими реакциями легких углеводородов в газовой фазе и на поверхности частиц под влиянием лазерного излучения.