Аэродинамическая трубка на ПК

Рассуждая о том, какого типа статьи стоит публиковать в блог, я вспомнил, что немного имею дело с компьютерным моделированием течений жидкостей и газов (в целом в английском языке разницы между этими агрегатными состояниями в данном случае нет и их называют единственным словом "fluid", которое дословно переводится как "среда, которая течет", или же "течение").

Если интересует соответствующее программное обеспечение, то искать след по запросу Computational Fluid Dynamics (но никак не аббревиатуру CFD, потому что такое же сокращение касается и опостылевшего лохотронського рынка Forex, потому большинство сайтов в выдаче как раз о форекс, а не о гидрогазодинамике).

Лично я имел дело лишь с двумя более-менее специализированными пакетами этого класса : FloWorks (за сутью своей надстройка к САПР SolidWorks) и русский FlowVision, впечатление от которого существенно попортила совсем никакая служба поддержки пользователей. В целом же из лидеров в отрасли можно отметить еще ANSYS, COMSOL MultiPhysics и даже бесплатный и опенсорсный OpenFOAM, с которыми я разобраться не смог (да и не слишком хотел).

Сначала в двух словах расскажу как устроена такая программа. Как правило, она состоит из трех частей, которые могут быть как полностью отдельными программными продуктами, так и интегрированными в один пакет. Может случиться и так, что какой-то из элементов разработчиками не предвиден вообще и тогда придется искать альтернативу с похожим функционалом.

Вот типичная программа для компьютерного моделирования процессов гидрогазодинамики состоит из геометрического препроцессора, солвера (или численного решателя) и визуализатора.

Геометрический препроцессор служит для построения геометрии (модели) того тела, взаимодействие с потоком которого нас интересует. То есть, если хотите осуществить "продув" самолета или своего авто, то сначала следует получить соответствующую 3D-модель (ну или двумерный контур, если интересует только какой-то отдельный аспект задачи). Например, для отмеченного выше FloWorks роль геометрического препроцессора выполняет SolidWorks, а вот FlowVision вообще не имеет такой функции и где делать модели для него думайте сами. Как вариант, тот же SolidWorks умеет хранить свои документы в формате *.wrl, совместимому из ФлоуВіженом.

Солвер является самой главной частью CFD- пакета, поскольку именно он реализует собственно "аэродинамическую трубу". Если коротко, то поток жидкости или газа описывается системой нелинейных уравнений, которые называются уравнениями Навье-Стокса. Аналитически развязать их пока не сумел никто (хотя за это и предлагают достаточно большую премию - миллион долларов), потому используется численное приближенное решение - поиск решений в конкретных точках времени и пространства.

Визуализатор служит для создания красивой картинки на экране, то есть представляет полученные данные в понятном для человека виде.