Разработка методов численного моделирования сверх- и гиперзвуковых течений газа с использованием графических процессорных устройств

При конструировании и проектировании летательных аппаратов, движущихся с гиперзвуковой скоростью, проведение экспериментальных исследований часто оказывается невозможным или неоправданным. В этих случаях используют методы вычислительной гидрогазодинамики, где производится численное решение системы уравнений движения жидкости и газа. При больших скоростях полета температура газа в возмущенной области около тела сильно возрастает, поэтому свойства воздуха существенно отличаются от свойств совершенного газа. Начинают играть заметную роль возбуждение колебательных степеней свободы, процессы диссоциации, ионизации и неравновесность газа. Нагрев воздуха и сжатие его перед головной ударной волной может вызывать мощные потоки лучистой энергии, которые влияют на теплообмен и могут быть использованы для обнаружения ЛА. При решении рассматриваемых задач необходимо учитывать все эти эффекты и реализовывать математические модели для их описания. При расчетах задач гидрогазодинамики часто используют закрытые коммерческие программные комплексы, в большинстве случаев иностранного производства, например ANSYS Fluent, Numeca, Star-CCM+ и т.д. Хотя эти комплексы и допускают некоторое пользовательское программирование, этого часто бывает недостаточно. Для реализации новых физических моделей в существующих программных кодах необходим более глубокий доступ к алгоритмам. Более того, использование закрытых иностранных кодов для некоторых отраслей промышленности является затруднительным (военная, атомная и т. д.). В ходе выполнения проекта предполагается реализовать метод расчета течений газа с использованием ГПУ, что позволит существенно сократить время вычислений. Предлагается реализовать метод конечного объема на неструктурированных сетках, что позволит решать практические задачи с реальной геометрией. Конвективные численные потоки на гранях конечного объема предлагается вычислять с использованием схем Годунова, Роэ и Русанова. Этот подход в таких задачах является стандартным, но реализация его на ГПУ требует построения особых алгоритмов, учитывающих особенность архитектуры.