Расчеты низкоскоростного режима развития детонации ВВ Бахрах С.М., Володина Н.А., Кузьмицкий И.В., Леонтьев М.Н., Циберев К.В. РФЯЦ-ВНИИЭФ ИТМФ, Саров. - презентация

1 Расчеты низкоскоростного режима развития детонации ВВ Бахрах С.М., Володина Н.А., Кузьмицкий И.В., Леонтьев М.Н., Циберев К.В. РФЯЦ-ВНИИЭФ ИТМФ, Саров

2 Основные принципы методики и комплекса ЛЭГАК

3 Комплекс ЛЭГАК предназначен для расчета двумерных нестационарных течений многокомпонентной сплошной среды. Комплекс ЛЭГАК предназначен для расчета двумерных нестационарных течений многокомпонентной сплошной среды. Основу комплекса составляет разностная методика ЛЭГАК. Основу комплекса составляет разностная методика ЛЭГАК. Методика ЛЭГАК - это конечно-разностная методика. Методика ЛЭГАК - это конечно-разностная методика. Для разностной аппроксимации исходных интегро-дифференциальных уравнений используется регулярная четырехугольная счетная сетка. Для разностной аппроксимации исходных интегро-дифференциальных уравнений используется регулярная четырехугольная счетная сетка. Временная и пространственная аппроксимации строятся на основе принципа полной консервативности. Временная и пространственная аппроксимации строятся на основе принципа полной консервативности.

4 Базовые принципы конструирования методики ЛЭГАК Производится разбиение физической области решения задачи на математические подобласти, в каждой из которых задается счетная сетка со своими параметрами. На границах между математическими областями задаются внутренние граничные условия. Производится разбиение физической области решения задачи на математические подобласти, в каждой из которых задается счетная сетка со своими параметрами. На границах между математическими областями задаются внутренние граничные условия. Расщепление по физическим процессам. Расщепление по физическим процессам. Расчет газодинамического течения сплошной среды осуществляется в два этапа: Расчет газодинамического течения сплошной среды осуществляется в два этапа:

5 Этапы расчета газодинамического течения сплошной среды на первом (лагранжевом) этапе сетка увлекается веществом, и рассчитываются изменения величин за счет действующих сил (давления, девиатора тензора напряжений, внешних сил и т. д.); на первом (лагранжевом) этапе сетка увлекается веществом, и рассчитываются изменения величин за счет действующих сил (давления, девиатора тензора напряжений, внешних сил и т. д.); на втором (эйлеровом) этапе происходит перестроение счетной сетки по заданным правилам, и рассчитываются конвективные потоки величин с одной сетки на другую. на втором (эйлеровом) этапе происходит перестроение счетной сетки по заданным правилам, и рассчитываются конвективные потоки величин с одной сетки на другую.

6 Одна из основных особенностей методики ЛЭГАК – возможность расчета течений с большими деформациями контактных границ отказ от лагранжева представления контактных границ отказ от лагранжева представления контактных границ возникают ячейки, содержащие несколько веществ возникают ячейки, содержащие несколько веществ вводятся в рассмотрение массовые и объемные концентрации веществ, а также другие величины, характеризующие каждое вещество вводятся в рассмотрение массовые и объемные концентрации веществ, а также другие величины, характеризующие каждое вещество для расчета конвективных потоков из смешанных ячеек на втором этапе используется специальный донорно-акцепторный алгоритм, ограничивающий счетную диффузию для расчета конвективных потоков из смешанных ячеек на втором этапе используется специальный донорно-акцепторный алгоритм, ограничивающий счетную диффузию

7 Комплекс программ ЛЭГАК позволяет рассчитывать нестационарные течения сплошной среды: расчет нестационарных газодинамических течений в переменных Лагранжа; расчет нестационарных газодинамических течений в переменных Лагранжа; расчет упруго-пластических течений; расчет упруго-пластических течений; расчет распространения волн детонации, с учетом кинетики разложения взрывчатого вещества; расчет распространения волн детонации, с учетом кинетики разложения взрывчатого вещества; расчет теплопроводности; расчет теплопроводности; расчет дисперсных частиц, движущихся в потоке газа; расчет дисперсных частиц, движущихся в потоке газа; учет разрушения материалов; учет разрушения материалов; расчеты названных выше процессов на нелагранжевых счетных сетках (лагранжево-эйлеровых, эйлеровых), корректировку сетки после лагранжевого этапа и пересчет величин на эту сетку. расчеты названных выше процессов на нелагранжевых счетных сетках (лагранжево-эйлеровых, эйлеровых), корректировку сетки после лагранжевого этапа и пересчет величин на эту сетку.

8 Принципы распараллеливания комплекса ЛЭГАК внесение минимальных изменений в счетные программы внесение минимальных изменений в счетные программы основная нагрузка - комплекс служебных программ основная нагрузка - комплекс служебных программ обеспечение масштабируемости при расчетах, возможность изменения количества процессоров от захода к заходу обеспечение масштабируемости при расчетах, возможность изменения количества процессоров от захода к заходу обеспечение переносимости комплекса на различные типы ВК с распределенной памятью обеспечение переносимости комплекса на различные типы ВК с распределенной памятью текстуально комплекс программ ЛЭГАК для однопроцессорных и многопроцессорных расчетов и различных ЭВМ должен быть одинаков текстуально комплекс программ ЛЭГАК для однопроцессорных и многопроцессорных расчетов и различных ЭВМ должен быть одинаков

9 Схема распараллеливания комплекса ЛЭГАК основа распараллеливания – стандарт MPI основа распараллеливания – стандарт MPI использование геометрической декомпозиции задачи на фрагменты использование геометрической декомпозиции задачи на фрагменты разделение процессов на управляющий и рабочие разделение процессов на управляющий и рабочие все данные задачи за исключением массивов величин, определенных на счетной сетке, дублируются в памяти каждого процесса, как рабочих, так и управляющего все данные задачи за исключением массивов величин, определенных на счетной сетке, дублируются в памяти каждого процесса, как рабочих, так и управляющего

10 Декомпозиции задачи и данных Декомпозиция данных Декомпозиция задачи III III

11 Комплекс программ ЛЭГАК используется во ВНИИЭФ для расчета широкого круга задач движения сплошной среды. Комплекс программ ЛЭГАК используется во ВНИИЭФ для расчета широкого круга задач движения сплошной среды. Сочетание многообластной постановки расчетов с методом концентраций позволило разработать стандартную технологию проведения расчетов стандартных задач практически без вмешательства исполнителя в ход расчета. Сочетание многообластной постановки расчетов с методом концентраций позволило разработать стандартную технологию проведения расчетов стандартных задач практически без вмешательства исполнителя в ход расчета. Принципы и технологические решения, положенные в основу распараллеливания комплекса программ ЛЭГАК, позволили произвести распараллеливание комплекса в короткие сроки с хорошими результатами (эффективность от 30 до 90%). Принципы и технологические решения, положенные в основу распараллеливания комплекса программ ЛЭГАК, позволили произвести распараллеливание комплекса в короткие сроки с хорошими результатами (эффективность от 30 до 90%).

12 Инициирование ВВ сферическим осколком ВВ 12 см 7 см h

13 Инициирование ВВ сферическим осколком Газодинамическое приближение Газодинамическое приближение Расчет распространения детонации с учетом кинетики разложения ВВ по модели Ignition and Growth Расчет распространения детонации с учетом кинетики разложения ВВ по модели Ignition and Growth Уравнение состояния ВВ и ПВ в форме JWL Уравнение состояния ВВ и ПВ в форме JWL Неподвижная (эйлерова) сетка Неподвижная (эйлерова) сетка Параллельные расчеты на числе процессоров от 5 до 120 Параллельные расчеты на числе процессоров от 5 до 120

14 Кинетика Ignition and Growth

15 Уравнение состояния JWL

16 Результаты расчетов Равномерная пространственная неподвижная (эйлерова) сетка с шагом 0.01 см Равномерная пространственная неподвижная (эйлерова) сетка с шагом 0.01 см счетных точек счетных точек

17 Результаты расчетов Определение порога инициирования ВВ (толщина прикрывающей пластины) Определение порога инициирования ВВ (толщина прикрывающей пластины) h=0.13 см h=0.13 см h=0.14 см h=0.14 см h=0.15 см h=0.15 см Регистрация средней скорости отлета пластины-индикатора на базе 0.2 … 0.7 см Регистрация средней скорости отлета пластины-индикатора на базе 0.2 … 0.7 см h=0.2 см h=0.2 см h=0.3 см h=0.3 см

18 Порог инициирования ВВ h=0.14 см

19 Динамика детонации ВВ h=0.14 см

20 Регистрация средней скорости отлета пластины-индикатора База отлета (см)h(см) V ср расчет (км/с) V ср эксперимент (км/с) 0,2…0,7 0,20,36 0,38…0,40 0,30,35