Описание веб-интерфейса NetSINF, версия 1.0, февраль 2001

1. Основной экран (Input data)
    1.1. Навигация - правый нижний фрейм
        1.1.1. Обращения к внешним экранам
        1.1.2. Отдельные команды
    1.2. Тип течения (Flow, Formulation)
    1.3. Ввод параметров - правый верхний фрейм

2. Загрузка файлов на сервер (Upload center)
    2.1. Требуемые файлы и off-line интерфейс
    2.2. Сетка (Mesh)
    2.3. Файл параметров (Input data)
    2.4. Файл(ы) граничных условий (Boundary conditions)

3. Выбор задачи и сетки (Task and mesh)
    3.1. Текущая задача (Current task)
    3.2. Образцы задач (Examples of calculation)
    3.3. Текущая сетка (Current mesh)
    3.4. Выбор предзаданной сетки (Predefined mesh)

4. Постановка граничных условий (Boundary conditions)
    4.1. Cтруктура условий
    4.2. Навигация - левый фрейм
        4.2.1. Кнопки
        4.2.2. Режим работы
        4.2.3. Выбор поверхности (Boundary)
    4.3. Ввод параметров
        4.3.1. Выбор сегмента (Segment) и подсегмента (Subsegment)
        4.3.2. Определение типа граничного условия
        4.3.3. Задание граничных значений
        4.3.4. Вставка полей в граничные условия

5. Заполнение файла параметров (Input data)
    5.1. Основные характеристики течения
        5.1.1. Масштабы и параметры (Scales / Parameters)
        5.1.2. Начальные значения (Initialization)
    5.2. Группы дополнительных параметров
        5.2.1. Параметры теплообмена (Energy equation)
        5.2.2. Характеристики турбулентности (Turbulence model)
        5.2.3. Внешние силы (External forces)
    5.3. Управление вычислениями
        5.3.1. Численная диссипация (Numerical dissipation)
        5.3.2. Параметры численной схемы (Solver)
        5.3.3. Итерационный процесс (Process)

1. Основной экран (Input data)

Веб-интерфейс солвера SINF состоит из нескольких экранов, позволяющих формировать исходные файлы разных типов. Интерфейс заполнения основного файла параметров (inp-файла) включает в себя навигационные элементы управления и позволяет переходить ко всем остальным экранам интерфейса. Основной экран занимает все свободное поле окна браузера и не содержит лишних управляющих элементов в виде кнопок и меню браузера. Экран состоит из трех фреймов:

• Навигационный (правый нижний), выполненный в виде меню из кнопок.
• Информационный экран слева с основными параметрами течения.
• Окно ввода параметров справа наверху, в котором отображаются формы определения разных групп опций солвера.

1.1. Навигация - правый нижний фрейм

Окно представляет собой простое кнопочное меню. Кнопки выполнены в виде графических элементов, альтернативный текст которых позволяет ориентироваться даже при выключенной загрузке картинок. В этом пункте перечислены первые шесть кнопок, сгруппированные в две строки. Остальные кнопки относятся непосредственно к определению отдельных групп параметров inp-файла и потому рассмотрены отдельно. Следует отметить, что первые две кнопки (загрузка файлов и запуск солвера) позволяют кратчайшим способом произвести постановку и решение задачи.

1.1.1. Обращения к внешним экранам

При нажатии кнопок этой группы осуществляется переход к трем вспомогательным интерфейсам, также занимающим все поле браузера. Все они содержат кнопку возврата в основной интерфейс (Return to the interface).

• Загрузка файлов (Upload)

Первая кнопка позволяет записать в рабочую директорию на сервере все исходные файлы задачи или только некоторые из них в случае, если у пользователя есть готовые файлы (полученные из решения предыдущих задач или другими способами).

• Выбор задачи (Examples)

Пользователю предлагается возможность выбора в качестве постановки задачи одной из нескольких предзаданных в виде полного набора исходных данных: параметров, сетки и граничных условий.

• Постановка граничных условий (Boundary Conditions)

Для формирования файлов граничных условий (от одного до трех в зависимости от определяющих параметров задачи) предназначен отдельный интерфейс комплексной структуры. Постановка граничных условий возможна только при наличии выбранной для данной задачи сетки.

1.1.2. Отдельные команды

• Запуск солвера (Run)

Выводится информационная страница с перечнем исходных файлов (со ссылками на них): сетки (с указанием размерностей), файла параметров, файл(ов) граничных условий (их количество может меняться). По ссылке в конце страницы производится запуск солвера на счет. Обращение к данной команде возможно при наличии выбранной для данной задачи сетки и полностью определенных граничных условий.

• Вызов справки (Help)

В правом верхнем фрейме отображается многострочное поля ввода текста описания задачи и краткая справка по использованию интерфейса..

• Переход к апплету-менеджеру (Manager)

По данной команде производится возврат к управляющему выбором задачи апплету, с помощью которого производится просмотр (в том числе и визуализация) файлов задачи, выбор другой задачи, начало новой или удаление старой.

1.2. Тип течения (Flow, Formulation)

Левый фрейм содержит основные управляющие элементы, состав которых постоянен. При загрузке интерфейса устанавливаются либо некоторые значения по умолчанию, соответствующие простейшему виду течения, либо параметры решаемой задачи, в случае открытия предварительно заполненного файла.

Ниже описано взаимодействие управляющих элементов данного экрана:

1.3. Ввод параметров - правый верхний фрейм

По умолчанию в данном окне выводится краткая справка по использованию интерфейса и многострочное поле ввода текста описания задачи. При нажатии кнопок нижнего навигационного меню здесь отображаются формы определения разных групп параметров inp-файла. После изменения некоторых управляющих параметров в левом окне производится очистка данного фрейма.

2. Загрузка файлов на сервер (Upload center)

Каждому требуемому для постановки задачи файлу в интерфейсе соответствует единообразно оформленный элемент:

• Форма загрузки файла на сервер в виде текстовой строки, оформленной средствами браузера (обычно снабжается кнопкой вызова диалога выбора файла на диске Browse) с кнопкой отсылки (Upload). После отсылки файла на сервер происходит возврат на страницу.
• Информация о текущем (current) файле данного типа: или его нет (no mesh, no file), или приводится ссылка на файл (в качестве текста ссылки выступает его имя), дата и время последней модификации.

2.1. Требуемые файлы и off-line интерфейс

Для корректной постановки задачи необходимы следующие файлы:

• Файл сетки, описывающий структуру расчетной области. В данной версии солвера поддерживается работа только с трехмерными сетками, для файла сетки по стандарту предпочтительно использовать расширение .msh.
• Файл параметров имеет стандартное имя sinf.inp и фиксированный формат, он содержит перечисление значений определяющих параметров задачи.
• Файлов граничных условий может быть от одного до трех в зависимости от определяющих параметров задачи:

Поскольку система позволяет не формировать все эти файлы средствами on-line интерфейса, а загрузить на сервер готовые исходные данные, в дальнейшем планируется предоставить пользователям возможность использования интерфейса без необходимости непрерывного доступа к WWW, в off-line режиме.

2.2. Сетка (Mesh)

Выбор сетки является одним из важнейших этапов постановки задачи. Определяя геометрию расчетной области (важнее всего то, что задаются ее размеры), предписываются ограничивающие индексные значения для граничных условий. Таким образом, установка новой сетки "сбрасывает" все настройки, связанные с граничными условиями! По умолчанию не существует никакого выбора сетки, и ее всегда надо каким-то образом установить: или загрузить на сервер, или выбрать из библиотеки предзаданных сеток.

2.3. Файл параметров (Input data)

Этот файл формируется автоматически при любом переходе из интерфейса его заполнения, причем по умолчанию описанные в нем параметры соответствуют простейшему моделируемому течению (невязкое, несжимаемое, изотермическое и т.д.), и нужно лишь просмотреть все параметры и исправить их значения на необходимые для решаемой задачи.

2.4. Файл(ы) граничных условий (Boundary conditions)

Специфика данных элементов заключается в дополнительных информационных сообщениях:

• В скобках после заголовка указывается состояние набора файлов граничных условий, достаточно ли их для корректной постановки граничных условий: или их недостаточно (not enough), или граничные условия подготовлены полностью (ready). В зависимости от этого флага блокируется запуск солвера.
• Справа от временных характеристик файла записывается, для каких величин ставятся граничные условия в нем.

3. Выбор задачи и сетки (Task and mesh)

Данный интерфейс выделен отдельно по причине своей важности и возможного дальнейшего усовершенствования, связанного с расширением возможностей.

3.1. Текущая задача (Current task)

Здесь выводится строка заголовка задачи, которую можно заменять через интерфейс ввода параметров (верхняя строка ввода левого фрейма). Если заголовок задачи не определен, он заменяется сообщением "Нет заголовка" (No title).

3.2. Образцы задач (Examples of calculation)

В таблице перечислены 25 задач, разбитых на тематические категории. Нажатием кнопки установки (Setup) в конце каждой строки полное описание соответствующей задачи копируется в рабочую директорию и происходит возврат в данный интерфейс. По изменению заголовка текущей задачи, записанному над таблицей, можно убедиться в правильности выбора. Полностью поставленную таким образом задачу можно запускать на счет. В качестве описания некоторых задач, отображаемого в правом фрейме ввода параметров по нажатию кнопки "Справка" (Help), приводятся вычислительные инструкции (Calculation instructions), задающие необходимость изменения некоторых параметров в процессе вычислений. Весь процесс решения в этом случае состоит из двух фаз (Phase), для каждой из которых указаны задаваемые значения параметров. Для нескольких задач описываются протестированные варианты вычислений (Tested variants of calculations). Здесь так же, как и в вычислительных инструкциях, названия параметров указываются в терминах интерфейса с указанием диалога, в котором вводится тот или иной параметр.

Далее приведен перевод текста таблицы с названиями задач.

3.3. Текущая сетка (Current mesh)

Информационный элемент, сообщающий о текущей установленной сетке. Сообщается либо об отсутствии выбора (No mesh setting), либо дается описание сетки (ссылка с именем файла, дата и время модификации, размерность сетки).

3.4. Выбор предзаданной сетки (Predefined mesh)

Имеется возможность выбрать в качестве рабочей одну из трех (на данный момент) сеток, изображения расчетных областей которых представлены на рисунках. После выбора одной из сеток ("нажатием" на картинку) происходит возврат на эту же страницу. Под каждой илллюстрацией есть краткое описание сетки с указанием размерности по индексам и линейных размеров (в скобках):

• Прямоугольный канал (Rectangular channel).

• Круглая труба (Circular tube).

• Кольцевой канал (Concentric annuly).

4. Постановка граничных условий (Boundary conditions)

Интерфейс состоит из двух фреймов:

• Постоянный набор управляющих элементов левого фрейма предназначен для выбора параметров экрана, выводимого справа.

• По умолчанию в правом фрейме выводится краткое описание интерфейса постановки граничных условий. При выборе слева конкретных параметров здесь будет отображаться форма описания границ и ввода граничных значений величин.

4.1. Cтруктура условий

Трехмерная сетка, описывающая односвязную область произвольной геометрии, в индексном пространстве имеет вид параллелепипеда. Его размеры определяются размерностью сетки, поэтому сетку надо выбрать перед постановкой граничных условий. Условия необходимо определить для всей границы расчетной области. В случае параллелепипеда (восьмивершинника) это будут шесть поверхностей прямоугольной формы.

В зависимости от определяющих параметров задачи, полный набор условий требуется поставить для одного, двух или трех уравнений. Каждая граница может состоять из произвольного числа (возможно, перекрывающихся) прямоугольных в пространстве индексов сегментов с определенным типом граничного условия. В свою очередь, каждый сегмент состоит из одного или многих подсегментов с постоянными значениями граничных величин (если для данного типа условия необходимо задавать числовые значения). В нижеследующей таблице приведены обозначения граней и режимов, принятые в интерфейсе:     

4.2. Навигация - левый фрейм

На данном экране представлено три группы управляющих элементов, и анализировать их правильнее, рассматривая страницу "снизу вверх".

4.2.1. Кнопки

Кроме кнопки возврата в интерфейс заполнения inp-файла (Return to the interface), происходящего безо всяких дополнительных действий, есть еще два элемента управления сохранением данных формы. Кнопка "Сохранить" (Save) позволяет записать на сервере имеющиеся на данный момент установки граничных условий без проверки их корректности. При этом в описании задачи для граничных условий устанавливается флаг незавершенности ввода, и запуск солвера остается невозможным. Для того чтобы окончательно сохранить все граничные условия с установкой разрешения на запуск солвера, надо нажать кнопку "Готово" (Ready). При ее нажатии для всех наборов условий (от одного до трех) и всех шести граничных поверхностей каждого набора производится проверка заполненности области сеткой (под)сегментов.

Проверка проводится путем суммирования площадей частей границы и может давать ошибочный результат при наличии перекрывающихся подобластей. Однако проведение полной проверки было бы в общем случае слишком длительно с учетом произвольного размера области и конфигурации (под)сегментов. В случае подозрения на недостаточность информации о каком-либо условии на одной из поверхностей об этом выдается сообщение (Not enough information on face <граница> when <действие> - Недостаточно информации на границе <граница> при <действие>). При наличии такой ошибки отправка данных на сервер блокируется.

4.2.2. Режим работы

Группа из четырех радиокнопок производит переключение режимов постановки (групп) граничных условий. Переключение из одного режима в другой сопровождается очисткой правого фрейма и выводом в нем краткой справки по интерфейсу. Если по условию задачи не требуется определение условий в одном из последних двух режимов (теплообмен и/или турбулентность), нажатие на соответствующую кнопку блокируется с выводом предупреждения: "Уравнение энергии игнорируется" (Energy equation disabled) или "Турбулентное движение игнорируется" (Turbulent motion disabled).

4.2.3. Выбор поверхности (Boundary)

Группа из шести радиокнопок позволяет указать граничную поверхность, на которой определяются условия. Выбор одной из радиокнопок отображает в правом фрейме информацию о соответствующей границе. Справа от обозначения границ приведены текстовые строки ввода, указывающие число сегментов с постоянным типом условия на каждой границе. Изменение значения в каждой такой строке ввода вызывает переход на соответствующую границу.

4.3. Ввод параметров

Считывание данных на загружаемую в правый фрейм страницу и запись их в память при ее перегрузке производится автоматически, и у этого процесса есть только одна особенность. Перед отправкой данных на сервер по нажатию кнопок Ready или Save рекомендуется вызвать принудительную запись параметров из правого фрейма, например, загрузив в него справочную страницу (просто переключив режим). В противном случае последние внесенные изменения могут быть не сохранены, и при проверке данных перед отправкой появится неверное сообщение о неполных данных.

4.3.1. Выбор сегмента (Segment) и подсегмента (Subsegment)

Верхняя часть формы в правом фрейме имеет разный вид в зависимости от режима, небольшие различия связаны с обозначениями индексов на разных граничных поверхностях. Общим для всех страниц является дизайн формы навигации по (под)сегментам. В строке ввода указывается номер текущей подобласти. Изменение этого значения вызывает переход на соответствующее описание.

Другая возможность пошагового перехода - кнопки "Следующий" (Next) и "Предыдущий" (Previous). Перед сменой страницы производится проверка корректности введенного номера, в случаи ошибки переход не происходит и выдается предупреждение: "Номер сегмента превышен" (Number of segments exceeded) или "Не найден нулевой (под)сегмент" (Not found zero (sub)segment). Далее отображаются индексные границы подобласти.

Если на данной странице возможно их изменение (подсегменты всегда описываются таким образом, а размеры сегментов можно задавать только в диалоге определения типа граничного условия), индексные ограничения представляются в виде чисел в строках ввода, которые можно менять. Автоматически производится контроль вводимых значений: минимум не может быть больше максимума (Start index must be less then or equal to end index), оба значения не могут выходить за пределы размерностей сетки (Index values must be positive и End index must be less then or equal to grid size для сегмента) или за размеры сегмента (Index values must be great then or equal to left segment boundary и End index must be less then or equal to right segment boundary при определении подсегмента).

Справа и слева от строк ввода располагаются вспомогательные кнопки "Минимум" (Min) и "Максимум" (Max), позволяющие принудительно установить крайние возможные значения. Именно эти значения устанавливаются по умолчанию, если страница загружается первый раз, и для границ не было установлено ранее никаких значений. При переходе от описания к описанию по кнопкам "Предыдущий" - "Следующий" запоминается направление перехода, и в качестве значений переменных по умолчанию подставляются величины из предыдущей рассмотренной подобласти.

На странице ввода граничных значений невозможно изменение индексных границ в описании сегмента, поэтому оно приводится только в виде статического текста с указанием названий индексов I, J, K, обозначением начального (Start) и конечного (End) их числовых значений, выделенных жирным шрифтом.

4.3.2. Определение типа граничного условия

В данном всегда доступном режиме вверху страницы выводится форма навигации по сегментам с возможностью изменения их индексных границ. Горизонтальной чертой отделен блок выбора типа условия, которые разделены на четыре группы. Разным группам соответствуют различия в необходимости задания граничных значений:    

Группы типов граничных условий представлены в виде списков выбора. Слева от каждого из них расположена радиокнопка, нажатие которой выделяет конкретную группу. При этом соответствующий список выбора заполняется опциями, в то время как выбор значений в других списках блокируется.

У второй группы (условия на твердой стенке) существует дополнительная особенность. Справа от основного списка типов условий расположен список версий пристенных функций, он активизируется при выборе одного из условий с пристенными функциями (номера с 16 по 19). Выбор стандартной (Standard) версии не меняет номер граничного условия, а каждой из модифицированных (Modified) версий отвечает увеличение номера условия на соответствующее число сотен. Таким образом, для первой версии пристенных функций номерами условий будут числа от 116 до 119, для второй - от 216 до 219 и т.д.

4.3.3. Задание граничных значений

Каждая страница ввода граничных значений в любом из трех режимов (скорость и давление, теплообмен и турбулентность) состоит из одних и тех же трех форм, отделенных друг от друга горизонтальной чертой:

• Навигация по сегментам, в которой невозможно изменение индексных границ. Под статическим текстом с их описанием указывается выбранный тип граничного условия.
• Навигация по подсегментам с возможностью выбора индексных границ.
• Ввод граничных значений переменных. Набор элементов и их названия зависят от выбранного режима. В следующей таблице перечислены граничные значения, вводимые в разных режимах. Для всех них справа от названия приводится строка ввода.

Необходимость ввода некоторых значений зависит также от типа граничного условия, такая зависимость описана в таблице предыдущего пункта. Также проверяется принципиальная возможность задания граничных значений при данном режиме на выбранной границе, в случае ошибки происходит принудительное переключение в режим определения типа условия, загружается форма для той же поверхности. Это возможно в двух случаях:

• Если выбрана граница, на которой в данном режиме не надо указывать никаких значений, выводится сообщение (You do not need to define <условие> with this type of condition). Здесь <условием> в зависимости от режима могут быть "любые граничные значения" (any boundary values) или конкретные названия (temperature and/or heat flux, turbulent energy and its dissipation).
• Если попытаться определить граничные условия без выбора типа граничного условия, выводится предупреждение "Пожалуйста, определите тип граничного условия перед определением граничных значений" (Please define boundary condition type before boundary values).

4.3.4. Вставка полей в граничные условия

При решении сложных задач иногда возникает необходимость постановки в качестве граничного условия некоторого распределения величины (поля или профиля), полученного из решения другой задачи. Количество подсегментов в этом случае может оказаться весьма большим, и вводить даные посредством интерфейса затруднительно. В дальнейшем планируется предусмотреть возможность считывания описания поля из внешнего файла при постановке граничного условия, но пока данная возможность не реализована.

5. Заполнение файла параметров (Input data)

Весь набор параметров разделен на группы, которым соответствуют отдельные страницы с формами. Переключение страниц производится кнопками навигационного меню в нижнем фрейме основного интерфейса. В таблицах каждого пункта перечислены упраляющие элементы рассматриваемого экрана, условия их ввода и возможные значения.

5.1. Основные характеристики течения

Описываемые формы отображаются на экране без дополнительных условий, однако, перечень управляющих элементов в них зависит от определяющих параметров задачи.     

5.1.1. Масштабы и параметры (Scales / Parameters)

5.1.2. Начальные значения (Initialization)

В данную форму вводятся значения, используемые для генерации однородного начального решения внутри кода, аналогично для всех указанных здесь переменных (to be used for generation of initial uniform solution within the code, same for...). Все элементы формы представляют собой строки ввода произвольных вещественных значений.

5.2. Группы дополнительных параметров

Возможность вызова каждого из этих трех диалогов контролируется определяющими параметрами, информация о них приведена в таблице. При недоступности соответствующего диалога выдается сообщение, что опции недоступны (disabled).     

5.2.1. Параметры теплообмена (Energy equation)

Все элементы формы отображаются без дополнительных условий

5.2.2. Характеристики турбулентности (Turbulence model)

Все элементы формы отображаются без дополнительных условий

5.2.3. Внешние силы (External forces)

В первой таблице описаны элементы формы на странице:

        Вторая таблица подробно описывает варианты влияния разных наборов сил:

Примечания:

• Опции использования силы Кориолиса доступны при учете вращения (Global rotation).

• При анализе развития (Developing) течения сила тяжести направлена параллельно оси вращения (parallel to the rotation axis).
• Для компактности в таблице не приведены обозначения интерфейса, они указаны далее:

5.3. Управление вычислениями

Три последних экрана отображаются без дополнительных условий, состав управляющих элементов в них постоянен.

5.3.1. Численная диссипация (Numerical dissipation)

Управляющий элемент	Тип	Значение
Схема диссипации	Список	Без численной диссипации (No numerical dissipation)
		Верхнепоточное дифференцирование первого порядка (First-order upwind-differencing)
		Квазиодномерная верхнепоточная схема высокого порядка (Quasi-1D high-order upwind scheme)
		Квазиодномерная верхнепоточная схема высокого порядка с ограничителем (Quasi-1D high-order upwind scheme with a limiter)
		Искусственная диссипация четвертого порядка (Fourth-order artificial dissipation)
Влияние численной диссипации первого порядка (Weight of first-order numerical dissipation)	Строка ввода	Вещественное: 0,0...1,0. Значение 1,0 - чистая верхнепоточная схема первого порядка (1,0 - pure first-order UPS)
Верхнепоточная схема высокого порядка (Scheme of high-order UPS)	Список	Схема QUICK (QUICK)
		Верхнепоточная экстраполяция второго порядка (Second-order-extrapolation upwind)
		Третий порядок точности (Third-order accuracy)
		Центральные разности (Central difference)
Коэффициент модели искусственной диссипации четвертого порядка: формула ... (Coefficient of the fourth-order artificial dissipation model: formula)	Строка ввода	Произвольное вещественное в формуле

5.3.2. Параметры численной схемы (Solver)

Управляющий элемент	Примечания и формулы
Число КФЛ	Справа расположен фиксатор одинаковых величин (Equal values), в отмеченном положении значение второго поля игнорируется и всегда равно первому
Число Неймана
Параметр искусственной сжимаемости в формуле	(4.4.25)
Коэффициент в формуле для коррекции потока массы через поверхность ячейки	(4.2.6) Нажатие на кнопку справа устанавливает малое (Small) значение: 1Ч10-8
Вариант расчета локального "невязкого" псевдовремени	(4.4.21) (4.4.15)

5.3.3. Итерационный процесс (Process)