Проекты

Исследование цифровых методов инженерного анализа на примере решения модельных задач

Работа призёра конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Информационные технологии, программирование, прикладная математика, социальный инжиниринг» среди работ учащихся 10–11 классов

Направление работы: Инженеры
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1293
Предметы: Физика, Математика, Информатика
Классы: 10 класс
Мероприятия: Конкурс проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» 2021 года

Актуальность

Актуальность исследований и развития методов цифрового моделирования обусловлена их ключевой ролью в реализации современных концепций цифровой экономики по направлению «новые производственные технологии: «цифровые двойники», «индустрия 4.0» и др.

Цель

Обследование и выявление базовых возможностей методов инженерного анализа, реализованных в свободных пакетах прикладных программ Salome, OpenFOAM, ParaView, на примере решения модельных задач из области механики сплошных сред (МСС).

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Ноутбук с установленным ПО (СПО: Salome, OpenFOAM, ParaView)
  • Суперкомпьютерная система
  • Облачная среда OpenStack

Описание

Автором была решена модельная задача «Обтекание уступа жидкостью» при проведении экспериментов изменения распределения давления в модели  уступа для различных скоростей жидкости: 3 м/с, 6 м/с и 9 м/с. Этапами решения задачи были: подготовка геометрической модели; построение расчётной сетки; задание физических параметров, начальных и граничных условий; проведение расчётов в OpenFOAM с использованием решателя rhoCentralFoam; анализ полученных результатов с помощью Paraview; подготовка отчёта об эксперименте.

А также была частично решена модельная задача «Анализ воздействия ударной волны, возникающей вследствие движения сверхзвукового пассажирского самолёта», где был смоделирован процесс движения модельного крыла сверхзвукового самолёта в ближнем поле на сверхзвуковой скорости (1,6 Маха). Дальнейшим развитием работы стали прогнозирование и визуализация ударной волны в дальнем поле, а также анализ её воздействия на окружающую среду.

Результаты работы/выводы

  1. Выполнен обзор предметной области.
  2. Проведено изучение возможностей свободных пакетов прикладных программ (Salome, OpenFOAM, ParaView) для решения задач инженерного анализа в области МСС.
  3. Изучены инструменты постановки и выполнения численных экспериментов на кластере с использованием облачной среды ЦКП ИСП РАН.
  4. Решена модельная задача обтекания прямого уступа потоком жидкости.
  5. Решена модельная задача движения модельного крыла сверхзвукового самолёта.

Перспективы использования результатов работы

Работа может быть использована в качестве учебного пособия для инженерного направления.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ИСП РАН

Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)

Открытая научно-практическая конференция «Инженеры будущего» – призёр

Мнение автора

«Мне очень понравился процесс работы над проектом. Работа на суперкомпьютере, проведение экспериментов, написание отчёта – всё это было очень интересно. Открытая научно-практическая конференция «Инженеры будущего» добавила мне недостающего опыта в презентации своего проекта. Я хочу продолжить исследовательскую деятельность по выбранной теме и представить её на конференции в следующем году»