УДК 681.324.06

Численное моделирование реальных течений в областях сложной геометрии, включая течения с теплообменом, требует уникальных и поэтому дорогих программных комплексов, профессионального владения всеми возможностями настройки таких комплексов и больших вычислительных ресурсов.

Цель работы - создать web-интерфейс одноблочной версии программного комплекса SINF, разработанной на кафедре гидроаэродинамики для моделирования турбулентных течений сжимаемых сред с учетом теплообмена в односвязных областях произвольной геометрии [1]. Доступ к программе SINF организуется в рамках существующей серверной модели SELIGER (http://seliger.tversu.ru), поддерживаемой совместно с сотрудниками Тверского государственного технического университета [2].

В настоящее время на сайте seliger.tversu.ru доступна разработанная на кафедре гидроаэродинамики СПбГТУ программа ABCRead, предназначенная для расчета внутренних двумерных несжимаемых турбулентных течений с теплообменом в областях упрощенной геометрии. В системе SELIGER после авторизации пользователь с помощью Java-апплетов создает или выбирает из существующих каталог проекта и вводит исходные данные численной модели течения в программу ABCRead [3]. Затем с помощью CGI-скрипта выполняется запуск Фортран-программы FRACADM на сервере, результаты работы которой передаются в интернет-браузер клиента. Возможен просмотр ASCII-файлов с результатами расчета и визуализация данных с помощью установленной на сервере программы NETLEO.

Устанавливаемая в Интернет версия аэродинамического солвера SINF позволяет моделировать стационарные невязкие и вязкие течения, несжимаемые и сжимаемые дозвуковые течения, ламинарные и турбулентные течения, конвективный теплообмен, а также эффекты плавучести и вращения. Пространственная область течения покрывается структурирванной одноблочной сеткой. Течения описываются полной системой уравнений Навье-Стокса или Эйлера, уравнением баланса энергии и транспортными уравнениями для характеристик турбулентности. В данной версии SINF моделирование турбулентного переноса осуществляется на основе высоко- и низкорейнольдсовой k-e моделей турбулентности. При постановке задач используются разнообразные граничные условия: многосегментный вход в моделируемую область с заданной скоростью и температурой, многосегментный выход с заданным давлением. Твердые граничные поверхности могут быть стационарными, движущимися, с заданной температурой, с заданным тепловым потоком или внешним параметром теплопередачи. В случае применения высокорейнольдсовой модели турбулентности используются пристенные функции. На части свободных поверхностей возможно задание условия зеркальной симметрии или трансляционной / вращательной периодичности. Уравнения решаются методом контрольного объема второго порядка точности в сочетании с методом искусственной сжимаемости. Программа SINF написана на языке FORTRAN-77.

Для запуска программы SINF требуется сформировать следующие файлы с исходными данными: input-файл с параметрами задачи, файлы граничных условий и файлы сетки. Все эти файлы имеют ASCII-формат, параметры записаны в них в виде чисел.

Input-файл содержит несколько десятков величин, описывающих модель, характеристики и масштабы течения, а также параметры численной схемы. Граничные условия задаются в одном или нескольких файлах, в зависимости от типа течения. Для заполнения этих файлов создается web-интерфейс в виде HTML-форм, структурированных с применением фреймов. Интерактивность ввода обеспечивается с помощью JavaScript-сценариев, интегрированных в формы. Создание файлов данных и взаимодействие с сервером организуется посредством CGI-скриптов на языке Perl.

Экран для заполнения input-файла разбит на три фрейма: форма с описанием модели течения, меню выбора группы параметров и динамически создаваемый фрейм с параметрами выбранной группы. Аналогичная структура фреймов используется для заполнения файлов с граничными условиями. Структура и набор параметров в отдельных формах логически взаимосвязаны.

Рассматриваются различные варианты организации процесса создания сеток: использование специальной программы генерации сеток, ориентированной на работу в сети, либо формирование библиотеки готовых к использованию базовых сеток. Для их преобразования к нуждам конкретной задачи, создания простых сеток можно использовать разработанные на кафедре программы GROT и SVET.

В процессе создания web-интерфейса возникла необходимость применения различных технологий программирования.

HTML, как язык разметки гипертекста, является простейшим средством представления информации в Сети, при этом он позволяет без использования графических элементов (что было бы возможно в Интернет только с использованием Java) реализовать ввод большого количества параметров, представленных как в виде числовых значений, так и через выбор различных вариантов расчета, моделей течения, рассматриваемых уравнений и так далее. Использование фреймов позволяет структурировать многочисленные экраны-анкеты, содержащие по несколько полей ввода и списков выбора каждый.

Переключение между экранами, обмен данными между ними и подготовка общего пакета для посылки на сервер осуществляется с использованием элементов языка JavaScript, что в меньшей степени, чем Java, требовательно к ресурсам компьютера (так что клиенту не обязательно располагать мощной ЭВМ). В целом технология HTML + JavaScript обладает большей универсальностью (естественно, в приложении к данной работе).

Обработку информации со стороны сервера осуществляет CGI-программа (возможно использование языка Perl или C). На этапе формирования файла с параметрами задачи достаточно использовать скрипты простой записи - чтения файлов - всю подготовку данных можно сосредоточить у клиента, не нагружая сервер. С другой стороны, обойтись без CGI невозможно, т.к. ни JavaScript, ни Java не обладают возможностью записи на диск сервера.

Кроме различных технических ухищрений, обеспечивающих интерактивность интернет-страницы, осуществляющей управление программой, планируется создание развитой справочной системы. Реализация такой help-системы средствами Интернет даже проще, чем подготовка печатного документа, и эффективность такой системы будет гораздо выше.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 99-07-90103.

1. Smirnov E.M. Numerical simulation of turbulent flow and energy loss in passages with strong curvature and rotation using a three-dimensional Navier-Stokes solver// Report on the "Research in Brussels'92" Grant, Dept. Fluid Mech., 1993, VUB 101 p.
2. Goryachev V., Smirnov E. A Computer and Information System for Computer Fluid Dynamics: SELIGER / In: Proceedings of the 15th IMACS World Congress on Scientific Computation, Modelling and Applied Mathematics, Berlin, August 24-29, 1997, Vol 3, Computational Physics, pp.53-57.
3. Горячев В.Д., Рис В.В., Рыков Д.С., Смирнов Е.М. Информационно-вычислительная система для моделирования термо-гидродинамических процессов на основе Internet-технологий/ В кн.: Научный сервис в сети Интернет. Тез. докл. Всероссийской научной конф., г. Новороссийск, 20-25 сентября 1999. Изд. МГУ, 1999, Стр. 302-306.

Ссылка на данную работу: Аранов В.Ю., Левченя А.М., Рис В.В., Смирнов Е.М. Разработка web-интерфейса программы SINF, предназначенной для моделирования пространственных течений. В кн.: XXVIII Неделя науки СПбГТУ. Ч. III: Материалы межвузовской научной конференции. СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2000. Стр. 81 - 82.