В работе рассматривается процесс удаления сферических частиц микронного размера из несжимаемой среды через кольцевую щель диафрагмы горячего выхода вихревой трубы. Оценка скорости удаления проведена при помощи анализа результатов вычислительных экспериментов в свободно распространяемом пакете OpenFOAM. Для моделирования выбран решатель denseParticleFoam, реализующий метод MP-PIC (multiphase particle-in-cell method). Метод использует подход Эйлера для несущей среды и подход Лагранжа для дисперсной фазы. В ходе вычислительных экспериментов проведено пять серий расчетов. Серии различаются между собой начальным положением частиц в подаваемом на вход в трубу потоке, в рамках каждой серии рассматривается набор различных плотностей дисперсной фазы. По результатам экспериментов построена зависимость между плотностью частиц и временем до начала удаления их из канала вихревой трубы. Показано наличие прямой зависимости между плотностью частиц и временем достижения ими противоположного конца трубы с диафрагмой горячего выхода. Описан метод обработки полученных результатов. Рассмотрена возможность использования линейной и квадратичной аппроксимаций для определения предполагаемого времени нахождения частиц в канале трубы. Для каждой серии экспериментов проведена оценка доверительных интервалов и величины среднего абсолютного процентного отклонения от предложенной аппроксимации.
На сегодняшний день одной из важных и актуальных задач науки аэродинамики является исследование и оптимизация аэродинамических характеристик форм тел в потоке газа. Данная проблема возникает при проектировании летательных аппаратов и различных судов и связана с рациональным выбором формы профиля по большому количеству различных характеристик и, в частности, по величине аэродинамического сопротивления.
В данной работе описываются методы оптимизации осесимметричного аэродинамического профиля в стационарном ламинарном невязком потоке газа под различны-ми углами атаки. Предлагаемый метод решения подобной проблемы оптимизации и численного исследования аэродинамических характеристик описанного тела в потоке является актуальным ввиду сложности ее решения, например, традиционными методами на основе системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса. Экспериментальные методы имеют своей основой дорогостоящие и затратные по времени инструменты, не гарантирующие нахождение оптимума. Такой вычислительный инструмент, например, как Ansys Fluent хорошо приспособлен для решения подобных задач гидроаэродинамики и позволяет не только ускорить и удешевить процесс проведения вычислительного эксперимента, но и повысить эффективность его проведения.
В статье описывается процесс поиска оптимума, сводящийся к минимизации лобового сопротивления ранее описанного нами осесимметричного профиля. Также приводится описание параметризации геометрии профиля крыла и его анализ посредством предлагаемого программного комплекса.
Результатом проведенного численного исследования является полученное описание аэродинамических характеристик оптимизированной формы профиля для различных скоростей потока газа.
Трехмерная тензорная математика представляется в виде аналитического обобщения численных решений прикладных задач гидромеханики, основанных на конечноразностных моделях метода крупных частиц (конечного объема). Ориентация изложения на прямые вычислительные эксперименты приводит к поиску элементарных объектов гидромеханики, допускающих сквозную смысловую интерпретацию динамики движения и физических свойств моделируемой жидкости. Рассмотрены особенности непротиворечивого проектирования алгоритмов, сводящиеся к ключевым элементам функционального языка программирования, способного автоматизировать применение тензорных выражений для построения вычислительных экспериментов при моделировании течений жидкости.
Небольшой исторический экскурс, приведенный в первой части книги, адресован читателям, познающим развитие естественных наук во взаимосвязи со становлением прикладной математики. Логические заключения второй части книги заинтересуют разработчиков аппаратных и языковых средств специализированной вычислительной техники. Вычислительные эксперименты гидромеханики представлены в третьей части книги, в которой строгость математических законов по возможности смягчается метафизическими ассоциациями из междисциплинарных естественнонаучных дисциплин.
Книга ориентирована на студентов и инженеров, ведущих поисковые исследования и реализующих прикладные вычислительные эксперименты в различных областях науки и техники, и прежде всего в механике сплошных сред.
На сегодняшний день одной из важных и актуальных задач науки электродинамики является исследование характеристик рассеяния различных электродинамических объектов со сложной формой. Среди них можно выделить полые структуры, которые входят в состав антенных систем и конструкций различных технических объектов. Их вклад в уровни электромагнитных полей в области передней полусферы может быть достаточно большим. Корректное решение характеристик рассеяния электромагнитных волн связано с использованием соответствующих математических методов. С одной стороны, они должны давать, по возможности, меньшую ошибку, с другой стороны размерность получающейся задачи должна быть такой, чтобы получить решение за относительно небольшое время. Исследованы характеристики рассеяния полых структур на основе метода интегральных уравнений. Проводится сравнение на основе методики тонкого экрана, дающее меньшее значение размерности задачи, и с учетом конечной толщины стенок. Определено значение толщины стенок, для которого возможно использование первого подхода. Представлены результаты проведенного моделирования.
Исследуется модель деформации под действием высокой температуры в конструкции из двутавровых балок со случайным внешним воздействием, в ее основе лежат стохастические уравнения Хоффа на геометрическом графе с начально-конечным условием. В статье приводится описание алгоритма численного исследования рассматриваемой модели, в основе которого лежит метод Галеркина. Представленный алгоритм предусматривает получение численного решения в случае вырожденности, так и невырожденности уравнений. Основными теоретическими результатами, позволившими провести данное численное исследование, являются методы теории вырожденных групп операторов и теории уравнений соболевского типа. Алгоритмы представлены схемами, позволяющими построить на их основе блок-схемы программ для проведения вычислительных экспериментов. Кроме того, численное исследование стохастической модели предполагает в дальнейшем получение и обработку результатов экспериментов при различных значениях случайной величины, в том числе, относящихся к редким событиям.
Рассматривается динамическая система, полученная в результате применения метода Галеркина ко второй краевой задаче для уравнения Курамото — Цузуки (зависящего от времени обобщенного уравнения Гинзбурга — Ландау). Получена общая схема редукции этой задачи к задаче Коши для системы обыкновенных дифференциальных уравнений; приведено подробное исследование последней для случая трех слагаемых в приближенном решении. Изучены сценарии возникновения хаотического аттрактора в 6-мерном фазовом пространстве при изменении параметров задачи. Обнаружены необычные сценарии возникновения хаоса и усложнения рассматриваемых странных аттракторов.