Объединенный семинар "информационно-вычислительные технологии". Аннотации докладов за осенний семестр 2008 года

Вычислительные технологии

Том 14, № 1, 2009

Институт вычислительных Кафедра математического Кафедра вычислительных технологий СО РАН моделирования НГУ технологий НГТУ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ СЕМИНАР ИНФОРМАЦИОННО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Основан в 1964 году академиком Н. Н. Яненко

Руководители: академик Ю. И. Шокин, профессор В. М. Ковеня

Аннотации докладов за осенний семестр 2008 года

Теорема Миранды и ее интервальные приложения

С.П. ШАРЫй

Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск

В работе предлагается новая версия формального (алгебраического) подхода к внешнему оцениванию множеств решений интервальных линейных систем уравнений, в основу которой положена известная из математического анализа теорема Миранды. Исследуются способы ее численной реализации, условия применимости и качество оценивания.

Моделирование задач аэродинамики на основе алгоритмов расщепления

В.М. КОВЕНЯ, А.Ю. СлЮНЯЕВ

Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск

В докладе предлагаются модификации разностных схем, основанных на специальном расщеплении исходных уравнений Навье—Стокса. Построенные схемы безусловно устойчивы, имеют второй порядок аппроксимации и реализуются скалярными трехточечными прогонками. Приведены результаты расчетов течений вязкого газа в плоском канале со вдувом газа и результаты обтекания тела сложной конфигурации, моделирующие течение около элементов летательного аппарата.

Моделирование двухфазных течений в сложных технических устройствах

А.Д. Рычков

Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск

Рассматриваются особенности моделирования двухфазных нестационарных течений в ряде технических устройствах, в которых протекают сложные физические процессы.

1. Моделирование процессов в импульсной аэрозольной системе пожаротушения (ИАСП), состоящей из твердотопливного газогенератора и контейнера с мелкодисперсным порошком пламегасителя. Под воздействием продуктов сгорания ИАСП формирует аэрозольное облако из частиц пламегасителя и доставляет всю массу пламегасителя в зону горения за время порядка 20-100 мс. Образующиеся пары пламегасителя подавляют реакции горения в зоне пламени. Численное моделирование подтвердило возможность эффективного применения ИАСП для тушения пожаров газовых скважин и на разливах нефтепродуктов.

2. Моделирование процессов в насыпном гранулированном фильтре, предназначенном для охлаждения высокотемпературных продуктов сгорания твердотопливных газогенераторов, используемых для быстрого надува эластичных оболочек в различных системах безопасности. Показано, что использование так называемых активных фильтров, гранулы которых способны газифицироваться с образованием низкотемпературных продуктов газификации, может обеспечивать на выходе из таких фильтров достаточно низкую температуру продуктов сгорания, не прожигающих надуваемые эластичные оболочки.

3. Моделирование работы пористых огнепреградителей, предотвращающих проскок пламени внутрь защищаемых объемов в различном технологическом оборудовании химической промышленности. В рамках модели низкоскоростного фильтрационного горения газа были проведены расчеты различных конструкций таких огнепреградителей. Сравнения результатов расчетов и экспериментов, проводимых в ИХКиГ СО РАН, показали их вполне удовлетворительное совпадение, что позволяет с помощью численного моделирования определять основные пути оптимизации огнепреградителей.

Создание информационной инфраструктуры для мониторинга социально-экономических процессов и природной среды регионов Сибири и Дальнего востока

Ю.И. Шокин, Н.Н. Добрецов, Л.Б. Чубаров Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск

Содержание доклада связано с работами по созданию концепции Центра мониторинга социально-экономических процессов и природной среды регионов Сибири и Дальнего Востока (далее — Центр) и информационной базы Центра. Работы выполнялись в ИВТ СО РАН в 2007-2008 годах по инициативе полномочного представителя президента РФ в Сибирском федеральном округе.

Цель создания Центра — обеспечение информационно-аналитической поддержки органов власти всех уровней при выработке и реализации решений по оперативным и стратегическим вопросам социально-экономического развития Сибири и Дальнего Востока. Основная задача Центра — комплексный мониторинг природных процессов и состояния окружающей среды, социально-экономических процессов и объектов экономики.

Главными предпосылками и основанием для создания Центра являются:

1) необходимость информационно-аналитического обеспечения органов управления в новых информационных срезах при формировании проекта Концепции долгосрочного социально-экономического развития страны;

2) пространственная протяженность и расположение Сибирского региона, специфика основы его экономики, инфраструктуры, демографии, предъявляющие особые требования к созданию адаптированной системы информационно-аналитического обеспечения органов управления всех уровней;

3) невозможность или неэффективность использования традиционных методов и технологий сбора информации, основанных на прямом участии человека, и, как следствие, необходимость максимального использования информации, собираемой дистанционно.

Информационное и технологическое обеспечение — основная (системная) функция Центра. Для ее реализации в ИВТ СО РАН создается единая система сбора, хранения и обработки разнородных данных, техническое и технологическое обеспечение доступа к ним. Единая информационная система Центра предусматривает наличие двух основных информационных узлов в Иркутске и Новосибирске, а также нескольких резервных информационных узлов в главных научных центрах СО РАН. Роль соответствующего узла в Красноярске будет возрастать в части образовательной деятельности Центра за счет привлечения потенциала создающегося Сибирского федерального университета.

Аналитическая функция Центра предусматривает решение задач проверки корректности, актуальности и непротиворечивости информации, координации с другими системами государственного и отраслевого мониторинга в пространственном и временном срезах, и главное — анализа динамики природных и социально-экономических процессов. Реализация аналитической функции по профильным видам мониторинга будет осуществляться совместно с органами власти всех уровней и ведомственными структурами, в том числе с участием и через соответствующие институты СО РАН.

Мультимедийные сервисы в сети передачи данных СО РАН

Ю.И. Шокин, В.С. НикульцЕВ, Л.Б. Чубаров Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск

В докладе излагаются результаты работ по плану интеграционного заказного проекта № 3 "Развитие мультимедийных приложений в сети передачи данных Сибирского отделения РАН" в 2006-2008 годах. Руководителем проекта являлся академик Ю.И.Шокин, а исполнителями — сотрудники ИВТ СО РАН и специалисты Бурятского, Иркутского, Кемеровского, Красноярского, Омского, Томского, Тюменского и Якутского научных центров СО РАН.

В результате выполнения проекта создана корпоративная система мультимедийных сервисов СО РАН, включающая подсистемы цифровой телефонии, видеоконференцсвя-зи и потокового видеовещания. Завершена опытная эксплуатация корпоративной телефонной сети Сибирского отделения (КТС СО РАН), по итогам которой сформулированы практические рекомендации для подключения к КТС СО РАН телефонных сетей региональных научных центров. С применением современных технологий QoS (Quality of Service) расширена пропускная способность канала связи Новосибирск — Якутск в СПД СО РАН, позволившая обеспечить качественный уровень связи в корпоративной телефонной сети в этом направлении. Организованы новые точки подключения КТС СО РАН к телефонной сети общего пользования. Проведены работы по организации дополнительных каналов связи к сетям общего пользования, телефонной сети ряда институтов ННЦ СО РАН. Организована опытная эксплуатация подключений Иркутского, Красноярского, Томского, Тюменского и Якутского научных центров.

Создана и введена в эксплуатацию первая очередь подсистемы видеоконференцсвя-зи СО РАН, обеспечивающая возможность регулярной трансляции в пределах СО РАН и далее общеобразовательных программ, значимых мероприятий СО РАН и отдельных его организаций, мероприятий местного и регионального уровней. Проведен рабочий семинар для специалистов из региональных научных центров СО РАН. Создан опорный узел подсистемы в Новосибирске, узел видеоконференцсвязи Президиума СО РАН, а также региональные узлы в Бурятском, Иркутском, Кемеровском, Красноярском, Омском, Томском, Тюменском и Якутском научных центрах СО РАН.

Проблема цунами: новые подходы к минимизации ущерба и обеспечению безопасности побережья России

В.К. Гусяков, П.Г. Дядьков, М.М. Лаврентьев, Н.И. Макаренко, Ю.С. Худяков, Б.М. Чиков, Л.Б. Чубаров

ИВМиМГ СО РАН, ИМ СО РАН, ИГиЛ СО РАН, ИАЭТ СО РАН, ИГ СО РАН, ИГФ СО РАН, ИВТ СО РАН, Новосибирск

На семинаре представлены итоговые результаты исследований за 2006-2008 годы, выполненные в рамках Междисциплинарного интеграционного проекта фундаментальных исследований № 113 "Проблема цунами: новые подходы к минимизации ущерба и обеспечению безопасности побережья России".

В докладах руководителей проекта освещены основные вопросы по этой проблеме.

1. Формирование принципов морфогеодинамического анализа на примере Курило-Камчатского региона.

2. Создание уточненного сводного каталога сильных землетрясений для основных цунамигенных районов мира.

3. Сбор, анализ, обработка и систематизация информации об аномальных природных явлениях и катастрофах, происходивших на территории Азии в историческом прошлом, программная реализация решения обратных задач по восстановлению источников цунами на синтетических и исторических данных.

4. Обсуждение натурных исследований процесса трансформации внутренних волн при их выходе на шельф в прибрежной зоне Японского моря; завершение разработки трехмерной графической оболочки ITRIS Pilot с глобальным покрытием.

5. Верификация нового поколения моделей и алгоритмов для расчета трансформации волн цунами от области генерации к побережью и наката этих волн на берег, создание общей схемы цунамирайонирования Дальневосточного побережья.

Методы анализа разностных схем сквозного счета

О.А. КовыркинА

Новосибирский государственный университет

Разработан метод построения асимптотических разложений разностных решений на сильном разрыве, в основе которого лежит понятие определяющего коэффициента асимптотического разложения. Построены асимптотические разложения разностного решения для явных двухслойных по времени схем с искусственной вязкостью и дисперсией, а также для симметричной компактной схемы с искусственными вязкостями второго и четвертого порядков дивергентности.

Получены достаточные условия, при которых разностная схема сквозного счета с k-м порядком аппроксимирует условия Гюгонио на нестационарной ударной волне. На примерах схем Лакса—Вендроффа, Маккормака и Русанова показано, что такие схемы (в отличие от TVD-схемы Хартена) имеют повышенный порядок слабой сходимости при расчете нестационарных ударных волн и, как следствие, сохраняют повышенную точность в областях их влияния.

Численное моделирование течений вязкой жидкости с подвижными границами

А.В. МинАков

Сибирский федеральный университет, Красноярск

В докладе представлен новый численный алгоритм расчета течений несжимаемой жидкости с подвижными твердыми телами, а также приведены результаты его тестирования.

Данный алгоритм можно рассматривать как расширение классического метода жидкости в ячейках Хирта на решение задач с подвижными телами. Суть предлагаемого алгоритма состоит в том, что для описания движения твердого тела используется эйлеров подход, и положение тела в пространстве определяется путем решения конвективного уравнения переноса объемной доли твердого тела в расчетной ячейке. Для организации взаимодействия твердого тела и жидкости в расчетных ячейках, занятых телом, в уравнение закона сохранения импульса жидкой среды вносится сила сопротивления, обеспечивающая равенство скорости потока и скорости тела в данных ячейках.

Создание автоматизированных алгоритмов и компьютерных программ построения адаптивных разностных сеток для расчетов прикладных задач

В.Д. ЛИСЕЙКИН, Н.Т. ДАНАЕВ, Ю.Н. Мороков, И.А. ВАСЕВА, Ю.В. ЛиХАНОВА,

В.А. Шарафутдинов, А.В. Федоров, Н.Н. Федорова, И.А. Бедарев, С.Р. На-

беев, А.В. Кофанов, А.М. Харитончик

ИВТ СО РАН, ИТПМ СО РАН, ИМ СО РАН, НГУ, Новосибирск

НИИ математики и механики КазНУ им. аль-Фараби, Алматы

В докладе демонстрируются результаты работы авторов из ИВТ СО РАН, ИМ СО РАН, ИТПМ СО РАН и НГУ над проектом "Создание автоматизированных алгоритмов и компьютерных программ построения адаптивных разностных сеток для расчетов прикладных задач".

Основным математическим инструментом для создания алгоритмов и компьютерных программ построения адаптивных сеток в пространственных областях является краевая задача для обращенных уравнений Бельтрами и диффузии относительно управляющей метрики. С помощью метрики реализуются следующие свойства адаптации:

а) сгущение узлов и ячеек сетки в зонах больших изменений функций (ударные волны и волны разрежения, пограничные и внутренние слои, зоны фазовых переходов, контактные границы);

б) сгущение узлов в зонах требуемых значений функций (зоны больших погрешностей аппроксимации или интерполяции, зоны малой глубины морского дна в задачах исследования и предсказания цунами, зоны высокой плотности веществ в задачах экологии) ;

в) согласованность сеточных линий с векторными полями (магнитные поля в задачах исследования поведения плазмы в камере токамака).

Разработаны компьютерные программы построения треугольных, четырехугольных, гексаэдральных и призматических адаптивных сеток в областях и на поверхностях. Проведены расчеты задач диффузии с малым параметром и задач физики плазмы на адаптивных сетках, а также расчеты адаптивных блочных сеток с гладкой состыковкой.

Численное моделирование процессов соляного тектогенеза на базе аналитически полученного решения стационарной краевой задачи для полупространства однородно-вязкой ньютоновской жидкости

Б.В. Лунев

Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. академика А.А. Трофимука СО РАН, Новосибирск

Всплывание низкоплотных соляных масс в более плотных перекрывающих осадочных породах можно рассматривать как развитие неустойчивости Рэлея—Тэйлора в высоковязкой жидкости — число Рейнольдса стремится к нулю. Основную трудность

численного моделирования такого течения представляет решение краевой задачи для квазистационарного уравнения Навье—Стокса (эволюция течения в этом случае может быть представлена последовательностью квазистационарных состояний, связанных между собой уравнением сохранения массы). Решение стационарной краевой задачи для полупространства однородно-вязкой жидкости со свободной границей удается получить аналитически в виде функции Грина (для сосредоточенной единичной силы), так что решение для произвольного распределения плотности в полупространстве находится простым интегрированием по объему, занятому аномальными массами, как свертка. Численное интегрирование уравнения баланса массы также не представляет особых трудностей. Благодаря этому удается строить высокоэффективные программы расчета развития неустойчивости Рэлея—Тэйлора (в принципе — и других течений, движимых вариациями плотности среды в поле силы тяжести). Приводятся результаты работы такой программы применительно к моделированию процессов всплывания аномально легких соляных масс в среде с многочисленными, сложными плотностными границами. Высокая производительность получаемых программ позволяет использовать их для оперативного моделирования конкретных геологических структур в комплексе с обычными геолого-геофизическим методами.

Место и время проведения заседаний: по вторникам, в 16.00, конференц-зал Института вычислительных технологий СО РАН. Адрес: проспект Лаврентьева, 6, Новосибирск, 630090. Секретарь семинара: доцент Владимир Борисович Карамышев. e-mail: kary@ict.nsc.ru

Интерактивная заявка доклада: http://www.ict.nsc.ru/rus/

В ближайших номерах/Forthcoming papers

Абдибеков У.С., Жакебаев Д.Б., Жумлгулов Б.Т. Моделирование турбулентного перемешивания однородной жидкости методом крупных вихрей

Abdibekov U.S., Zhakebaev D.B., Zhumagulov B.T. Large eddy simulation of turbulent mixing for a homogeneous fluid

Базовкин А.В., Вавилова О.М., Ковеня В.М. Метод факторизации для численного решения уравнений вязкой несжимаемой жидкости Bazovkin A.V., Vavilova O.M., Kovenya V.M. Factorization method for numerical simulation of incompressible Navier—Stokes equations

Банников Д.В., Черный С.Г., Чирков Д.В., Скороспелов В.А., Турук П.А. Многорежимная оптимизация формы рабочего колеса гидротурбины Bannikov D.V., Cherny S.G., Chirkov D.V., Skorospelov V.A., Turuk P.A. Optimization of multiregime design for the runner of a hydro turbine

Бычков И.В., Ружников Г.М., Хмельнов А.Е., Шигаров А.О. Эвристический метод обнаружения таблиц в разноформатных документах Bychkov I.V., Hmelnov A.E., Ruzhnikov G.M., Shigarov A.O. A heuristic method of table detection in documents of various formats

Михеев С.Е., Михеев В.С. Точная релаксация с учетом невязки Miheev S.E., Miheev V.S. Exact relaxation with regard to a residual

Муратова Г.В., Глушанин М.В. Исследование процессов переноса, диффузии и трансформации радиоактивных примесей, поступающих в атмосферу при авариях на объектах энергетики

Muratova G.V., GluSHANIN M.V. Study of transport, diffusion and transformation processes of radioactive admixtures released into the atmosphere during emergencies at energy stations

Пенькова Т.Г. Модели и методы оперативного формирования документов Penkova T.G. Models and methods for operational documentation facilities

РукАвишников А.В. О построении численного метода для задачи Стокса с разрывным коэффициентом вязкости

RUKAVISHNIKOV A.V. On construction of a numerical method for the Stokes problem with a discontinuous coefficient of viscosity

ТоргАшов А.Ю. Оценивание скоростей реакций и неизмеряемых внешних возмущений биотехнологического процесса

TORGASHOV A.Yu. Estimation of reaction rates and unknown external disturbances in a biotechnological process