Разработка теоретических основ, численных методов и алгоритмов нового поколения для вычислительных комплексов экзафлопного уровня, для математического моделирования многомасштабных физических процессов, обоснования безопасности энергетических объектов, анализа и прогнозирования последствий техногенных аварий

Цель: разработка и верификация вычислительного метода для моделирования турбулентной тепловой конвекции несжимаемой жидкости на регулярных сетках в широких диапазонах чисел Рэлея и Прандтля. Разработанный метод реализован на современном языке программирования (Си) с использованием технологии параллельных вычислений MPI, проведена верификация разработанной программы на данных натурного эксперимента. Данная программа реализует описанную ранее методику предсказательного моделирования конвективного тепломассопереноса, которая базируется на алгоритме «КАБАРЕ» и эффективно адаптируется на многопроцессорные системы, имеет компактный сеточный шаблон и позволяет использовать достаточно грубые сетки без каких-либо настроечных параметров и вспомогательных моделей. Алгоритм построен исключительно на базовых математических принципах (таких, как принцип максимума) и базовых физических представлениях в виде классической системы уравнений Навье – Стокса в приближении Буссинеска, дополненной уравнениями несжимаемости и теплопроводности.В качестве независимого бенчмарка для опробования разработанной вычислительной методики на предмет ее предсказательной надежности и способности детально описывать рассматриваемые процессы в рамках границ применимости выбранной модели взят эксперимент по тепловой конвекции воздуха в замкнутой, сильно вытянутой по высоте области (соотношение высоты к ширине достигает 28,6) с изотермическими боковыми стенками. Течение воздуха при испытаниях было полностью трехмерным и турбулентным. По результатам расчетов показано, что данная методика успешно позволяет воспроизводить средние, нестационарные и спектральные характеристики течения в каверне.