Прогноз в помощь практике
Многолетний опыт решения задач в области механики и теплофизики позволяет сотрудникам лаборатории в сжатые сроки и с высокой точностью моделировать процессы и явления, связанные с работой теплообменных аппаратов и устройств различного назначения. Спектр самый широкий — от решения задач терморегулирования микроэлектроники до обеспечения безопасного функционирования объектов ядерной энергетики.
Заведующий лабораторией турбулентности Андрей Чорный. — Наша деятельность связана с развитием методов и подходов прогнозирования физических процессов, которые будут наблюдаться при реальной эксплуатации тех или иных инженерно-технических систем, аппаратов и устройств, — отмечает заведующий лабораторией турбулентности Андрей Чорный. — Применение компьютерного моделирования еще на стадии их проектирования позволяет сократить количество дорогостоящих и продолжительных стендовых опытов и натурных испытаний, а при изготовлении реального образца специалисты уже четко понимают, какой вариант будет близок к оптимальному. При этом достижение точности расчетов и визуализация теплофизических процессов включают предварительное создание адекватных физико-математических моделей, использование специализированного программного обеспечения и высокопроизводительных вычислительных систем — то, что сегодня зачастую называют суперкомпьютерами.
Способно ли компьютерное моделирование заменить экспериментальные исследования? Не всегда, говорят в лаборатории. В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция сочетания результатов, полученных традиционными инженерными подходами, доступных данных лабораторных экспериментов с возможностями компьютерного моделирования. Конечно, идеален вариант, когда итоги лабораторного эксперимента в конце концов согласуются с результатами компьютерного моделирования. Однако с помощью моделирования есть возможность получить данные, которые порой нереально воспроизвести в эксперименте.
— Мы не оракулы, — подчеркивает Андрей Чорный. — Наше дело — научно обоснованное прогнозирование существования и работы тех или иных объектов в заданных условиях.
От космоса до архитектуры
Компьютерное моделирование — поле для широких возможностей, а значит, и сферы его применения достаточно обширны, даже в рамках тематики лаборатории. Приведем самые яркие примеры.
— Была и такая задача: спрогнозировать результаты падения на водную поверхность или на участок суши метеоритов или астероидов различного типа, — вспоминает Андрей Чорный. — А для южнокорейских компаний аэрокосмического профиля проводили работу, связанную с разработкой элементов ракетного двигателя. Так что в том, что в прошлом году эта страна попала в перечень космических держав, есть, видимо, и наш вклад.
Вернемся на землю. Моделирование в машиностроении — еще одно интересное направление работы. Связанное, в частности, с определением аэродинамического облика автомобильной техники. Показательно сотрудничество с Объединенным институтом машиностроения НАН Беларуси в интересах Минского автомобильного завода, где проводятся работы по приданию нового облика кабине автопоезда, а также создается новое поколение городских автобусов. Специалистами института были разработаны трехмерные расчетные модели и методики виртуальных испытаний, проведены вычислительные эксперименты, оценено влияние элементов экстерьера конструкции на аэродинамику, шум и загрязнение поверхностей корпуса, исследован тепловой режим внутренних объемов транспортных средств.
— Совместно с коллегами из Объединенного института машиностроения НАН Беларуси довелось также изучать тепловой режим подкапотного пространства большегрузных автомобилей БелАЗ, в том числе 450‑тонника, — рассказывает Андрей Чорный. — С привлечением результатов моделирования были даны рекомендации по изменению воздухозаборников и внешних стенок подкапотного пространства для недопущения перегрева двигательной установки во время эксплуатации машины при повышенных температурах окружающей среды.
Заместитель директора по научной работе Светлана Данилова-Третьяк.КСТАТИСотрудники лаборатории также решают ряд специальных задач, связанных с беспилотными летательными аппаратами. Одно из традиционных направлений работы — средствами компьютерного моделирования определить оптимальную форму объекта с точки зрения минимизации аэродинамического сопротивления и установить аэродинамические характеристики при различных условиях полета.
Светлана Данилова-Третьяк, заместитель директора Института тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси по научной работе:
— Наш институт принимает участие в реализации перспективного проекта Роскосмоса по созданию транспортно-энергетического модуля (ТЭМ) «Зевс», известного как ядерный буксир. С помощью компьютерного моделирования работаем над решением ряда задач, связанных с проектированием двигательных установок для такого рода аппаратов. Основное назначение буксира — полеты к Луне и планетам Солнечной системы, в том числе доставка грузов.
Архитектурно-строительная аэродинамика — еще одна интересная тема. Речь может идти, к примеру, об определении зон комфортности при проектировании жилых микрорайонов, исходя из аэродинамической обстановки внутри этого пространства. Условно говоря, автостоянку лучше запроектировать там, где чаще гуляет ветер, а детскую площадку оптимальнее всего разместить там, где ветра нет. Подобные задачи специалисты лаборатории решали с российскими заказчиками. Из Беларуси чаще поступают предложения по оценке возможности возникновения и последствий чрезвычайных ситуаций. Например, в свое время была рассчитана эффективность работы системы дымоудаления при гипотетическом пожаре в минском «Президент-Отеле». Доводилось также моделировать ветровую обстановку в районе столичной гостиницы «Минск»: во время печально известного циклона «Хавьер» в 2013 году во дворе отеля обрушилась крыша автостоянки. Оказалось, стихия повредила объект именно в том месте, где «указало» моделирование.
Научный сотрудник. Игорь Кухарчук.Подведем итоги. С помощью компьютерного моделирования в лаборатории турбулентности Института тепло- и массообмена имени А. В. Лыкова НАН Беларуси сегодня решают задачи самого разного уровня — от реализации узкопрофильных технических решений до участия в проектных работах и моделирования различных ситуаций на тех или иных объектах во избежание возникновения в будущем критических ситуаций. Последнее особенно важно — недаром специалисты института, в частности, регулярно реализуют задачи в интересах Госатомнадзора. Параллельно продолжается сотрудничество с китайской компанией Huawei по вопросам разработки систем терморегулирования микроэлектроники, налажено сотрудничество с рядом российских компаний. Иначе и быть не может: в изучении явлений и процессов в энергетике, промышленности, транспорте важны точность и прогнозируемость. И возможности компьютерного моделирования в сочетании с инженерными подходами, лабораторными, стендовыми и натурными испытаниями могут все это обеспечить.
Из истории вопроса
Турбулентность — наиболее сложная форма движения. Инженеры-практики считают ее либо своим другом, либо врагом — все зависит от того, нужно ли ее наличие в технических разработках. Например, появления турбулентности пытаются избежать при получении наилучших аэродинамических качеств самолетов и автомобилей. Это явление вносит сложности в физико-математическое описание переноса тепла, влаги, различных веществ течениями в земной атмосфере, океанах, морях, реках.
УНП 100029077
