Современное состояние программных комплексов CFD для численного исследования пространственного потока в гидромашинах

Abstract

В настоящее время актуальным является совершенствование вычислительных программных комплексов, что в свою очередь приводит к конкуренции на рынке программного обеспечения. Специалисты, работающие в любой отрасли, должны владеть компьютером не только на уровне пользователя, но и на уровне программистов, чтобы на базе существующих программных комплексов программировать модули для собственных потребностей. Не исключением является и область гидроэнергетики. В работе проведен аналитический обзор современных программных комплексов CFD. Проанализированы преимущества и недостатки данных программ в части построения трехмерной модели объекта исследования, создания расчетной сетки, задания граничных условий и визуализации результатов расчета. Для решения гидродинамических задач существует много различных программ, одними из передовых коммерческих программных комплексов являются Ansys, SolidWorks Flow Simulation, Autodesk CFD. Так же существуют программы с открытым исходным кодом, самым популярным на данный момент является OpenFOAM. Данные системы автоматического проектирования (САПР) позволяют не только выполнить качественное моделирование систем различной физической природы, но и исследовать отклик этих систем на внешние воздействия в виде распределения давления, температур, скоростей. Алгоритмы проведения расчета в программах похожи, отличительные особенности программ можно оценить по следующим критериям: генерация сетки, точность, надежность (сходимость), скорость вычислений, физика модели, гибкость системы. Так же следует отметить, что коммерческие программные комплексы более удобны в использовании благодаря проработанному интерфейсу пользователя, в бесплатных комплексах интерфейс менее развит и для работы потребуются знания определенного списка команд и знания синтаксиса программы. Для создания геометрии модели так же существует множество программ (SolidWorks, Autodesk Inventor, Компас-3D и др.). Трехмерная модель объекта исследования необходима для последующей интеграции в CFD комплекс. Использование этих программ позволяет сократить цикл разработки, снизить стоимость изделий и повысить качество продукции.Currently, the improvement of computer software systems is relevant, which in turn leads to competition in the software market. Specialists working in any industry should work on the computer not only at the user level, but also at the programmer level, for programing modules which are based on existing software systems for their own tasks. The hydropower is no exception. There is an analytical review of modern software systems CFD in this paper. The advantages and disadvantages of these programs are analyzed in terms of building a three-dimensional model of the object of study, creating a computational mesh, setting boundary conditions and visualizing the results of the calculation. There are many different programs for solving hydrodynamic tasks. Some of the advanced commercial software systems are Ansys, SolidWorks Flow Simulation, Autodesk CFD. There are also payment free programs. At the moment the most popular of them is OpenFOAM. These computeraided designing (CAD) systems allow not only to perform high-quality modeling of systems of various physical nature, but also to investigate the response of these systems to external influences in the form of pressure, temperature, velocity distribution. The algorithms of the calculation in programs are similar. The distinctive features of the programs can be evaluated by the following criteria: mesh generation, accuracy, reliability (convergence), calculation speed, model physics, system flexibility. It should also be notes that commercial software packages are more convenient to use due to a well-developed user interface. The interface is less developed in free complexes. It is nessesary to have knowledge of a certain list of commands and the program syntax. Aslo there are many programs to create model geometry (SolidWorks, Autodesk Inventor, Compass-3D and others). The three-dimensional model of the object of study is necessary for subsequent integration into the CFD complex. Using these programs allows to shorten the development cycle, reduce the cost of products and improve product quality.