Simulation Models for Solving Multiscale Combustion Problems

Разработка алгоритмической компоновки и программ для расчета многомасштабных процессов горения является актуальной междисциплинарной темой фундаментальных исследований, которая объединяет методы информационных технологий, механики многокомпонентных сплошных сред, химии математического моделирования. Задача разработки подбора набирает актуальность с каждым годом в связи как интенсивным развитием вычислительных методов моделей, так увеличением современных возможностей суперкомпьютерных вычислений. Практическая применимость разрабатываемых моделей охватывает проблемы энергетики, двигателестроения, взрывопожаробезопасности, а также интенсификации добычи полезных ископаемых применением термохимического воздействия на пласт. Основными проблемами, возникающими процессе моделирования, являются: а) многомасштабность, не позволяющая проводить моделирование всех задействованных единых даже масштабируемых сетках; б) жесткость большая размерность системы дифференциальных уравнений описания химической кинетики, решение которой может занимать 80% процессорного времени. Данная статья представляет обзор уже проведенных исследований ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН анализ трудностей, которыми столкнулись исследователи. В статье содержатся новые предложения по преодолению трудностей намечены пути их реализации. Возможность решения проблем части многомасштабности видится применении подходов многоуровневого при котором детальное задачи более мелкого масштаба обрабатывается вносится качестве элемента модели крупного масштаба. Для сокращения времени интегрирования многостадийной кинетики актуальным трендом применение нейросетевых рамках моделей. Этот подход настоящее время развивается сотрудниками отдела систем совместно коллективом Центра оптико-нейронных технологий РАН. The development of algorithms and software for analyzing multiscale combustion processes is a relevant field fundamental research that combines the methods information technologies, mechanics multicomponent continua, chemistry, simulation. It gains relevance year to due intensive computational models, with increase in supercomputing performance. applications proposed models include energy, engine manufacturing, explosion fire safety fields, as well thermochemical mineral recovery stimulation methods. key simulation problems are a. problem multiscale: all involved cannot be simulated same grid, even scalable one; b. rigidity large dimensionality system differential equations describes chemical kinetics. Its solution may take up 80 % processor time. This paper an overview conducted at Scientific Research Institute System Analysis analysis difficulties faced by researchers. also proposes new ways overcoming give some implementation considerations. To solve multi-scale issue, multi-level modeling approaches can used: detailed smaller-scale processed introduced component larger-scale model. reduce integration time multi-stage kinetics equations, current approach applying neural networks existing models. currently being developed Department Computing Systems collaboration Center Optical-Neural Technologies, SRISA.