Ученые Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта переработали передовой метод численного моделирования, который применяется в астрофизике, чтобы использовать его в земных условиях — для расчета аэродинамики ветрогенераторов, летательных аппаратов, турбин и других инженерных объектов.
За основу ученые взяли метод подвижных сеток, разработанный группой Фолькера Шпрингеля из Астрофизического университета им. Макса Планка (Германия). Однако напрямую использовать этот инструмент в инженерных расчетах оказалось нельзя — потребовалась серьезная адаптация.
«Хотя движение жидкостей и газов подчиняется одним и тем же физическим законам как в космосе, так и на Земле, инструменты решения астрофизических задач имеют свою специфику. Возникла задача адаптации самых современных методов применительно к инженерным задачам аэродинамики приземного слоя атмосферы. Для этого наша лаборатория разработала модуль симуляции конечных границ, сквозь которые в область моделирования могут втекать и вытекать потоки вещества, и алгоритм моделирования твердых поверхностей, влияющих на течение», — пояснил младший научный сотрудник лаборатории астрофизики БФУ Алексей Байгашов.
Для проверки корректности методов ученые провели численное моделирование трехлопастного вертикального ветрогенератора — прототип такого генератора был напечатан на 3D-принтере этим летом. Серия экспериментов моделировала различные режимы работы, в том числе взаимодействие вращающегося генератора с мощной ударной волной. Расчетная сетка автоматически адаптировалась к условиям, обеспечивая высокую стабильность даже при экстремальных процессах.
Сейчас ученые верифицируют метод на серии эталонных экспериментов и готовят публикацию в одном из ведущих отечественных научных журналов. В ближайшем будущем планируется реализовать воздействие аэродинамических процессов на твердые поверхности — это позволит моделировать подвижные объекты с учетом их взаимного влияния.
Разрабатываемая система будет востребована при расчетах ветрогенераторов с учетом рельефа и ветровой нагрузки, моделировании аэродинамики летательных аппаратов, турбин и насосов, а также в других инженерных и исследовательских задачах.
Исследование проводится в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
