Программа SVET (Scalar and VEctor Tools - скалярно-векторный инструментарий) создавалась на кафедре аэродинамики Санкт-Петербургского Государственного Технического Университета начиная с весны 1996 года до настоящего времени.

Возможно вычисление градиента скалярного, дивергенции и ротора векторного полей, поддерживаются декартова и цилиндрическая системы координат.

Возможно суммирование и осреднение скалярных и векторных полей по части граничной или внутренней сеточной поверхности, по части внутренней или граничной сеточной линии (двумерный случай). В аналогичных областях вычисляются потоки векторных полей и конвективные потоки скалярных полей. Набор возможных команд меню зависит от текущей размерности!

ВНИМАНИЕ! При вычислении потока через внутреннюю или граничную сеточную линию в цилиндрическом осесимметричном случае производится вычисление для всей "трубы", т.е. либо через поперечное сечение, либо через боковую стенку.

В результате некорректного ввода исходных данных возможно получение сообщений о недопустимом формате файлов или размере исходной области, при вводе ограничений по области вычислений сообщается об ошибочном по каким-то причинам значении ограничителя

Осуществляется выбор и установка в качестве текущей (с выводом информации в соответствующем окне) сетки. После выбора файла на диске производятся вычисления объемов и векторов поверхностей ячеек с сохранением информации в оперативной памяти. В случае использования пределов по расчетной области (установлены ДО загрузки сетки) запрашивается имя файла для записи в него "вырезанной" сетки - ее используемой части; если нет необходимости выводить данный файл, укажите в качестве его имени пустую строку.

Для выполнения выбранной операции на текущей загруженной сетке (Вам будет предложено использовать загруженную сетку или установить новую) укажите файл с входным полем и введите имя файла для выходного поля, и в случае корректности исходных данных будут произведены необходимые вычисления.

В случае, если не выбрана сетка, то производится установка в качестве текущей сетки из файла, который требуется указать.

Укажите файл со входным полем и введите ограничения по объему подобласти, где будут производиться вычисления.

Данные задаются на структурированных трехмерных или двумерных сетках, в общем случае криволинейных и неортогональных. Структурированная (упорядоченная по индексам) сетка задается координатами узлов в декартовом пространстве или в меридиональной плоскости, если рассматривается осесимметричное поле. Трехмерная сетка делит рассматриваемую часть пространства на ячейки - восьмивершинники, а двумерная - на четырехугольники.

Программа позволяет работать в декартовой (трехмерный и двумерный случаи) и цилиндрической системах координат (в последнем случае поле задается в меридиональной плоскости). Все файлы сеток и полей содержат в первой строке размеры поля в стандартном порядке индексов - I, J, K. Последующие строки (их число равно произведению указанных размерностей) содержат значения скалярного поля (одно число), компоненты векторного поля (две или три компоненты; возможна работа с двумерными векторами, заданными на плоскости и трехмерными векторами, заданными как на плоскости, так и в пространстве) или координаты узлов сетки. Все вещественные числа в программе выводятся в экспоненциальном формате.

Величины в файле располагаются в определенном порядке, обусловленном удобством программирования на языке Фортран: быстрее всех изменяется первый индекс, медленнее - последний (величины, соответствующие ему, располагаются правее). При задании поля в цилиндрической системе координат роль первой компоненты выполняет высота, роль второй - радиус-вектор. Поля на сетке задаются одним из двух способов: либо в узлах сетки (первый способ), либо в центрах ячеек плюс в серединах ребер восьмивершинников, центрах граней граничных ячеек и угловых узлах (второй способ).

ВНИМАНИЕ! В текстовых файлах с исходными сетками и полями возможно использование запятых в качестве разделителей - они приравниваются к пробелам. Для использования данной возможности следует указать параметр /COMMA, однако в данном варианте загрузка файлов будет происходить медленнее.

Возможна загрузка сетки из файла в качестве текущей, при этом вычисляются ее геометрические параметры; возможно снятие этих установок.

При создании константного векторного или скалярного поля требуется указать имя выходного файла, размерность поля (если какая-либо сетка установлена в качестве текущей, берется ее размерность) и значения величин. ВНИМАНИЕ! В этих процедурах следует помнить о реальном способе реализации плоских расчетов в программе - через приписывание третьей компоненты к сетке и полям СЛЕВА (т.к. левый индекс по установленным стандартам изменяется быстрее). Поэтому в двумерном случае будут запрашиваться NJ- и NK- размерности, аналогично значения величин. В других местах программы от нелогичной нумерации удалось избавиться, однако в данных процедурах нашлись соображения в пользу "неудобного" способа ввода. Будьте внимательны несмотря на устойчивость программы к некорректному вводу !

Для корректной отработки данной процедуры следует установить размеры обрабатываемого файла в качестве размеров расчетной области и указать ограничения в пределах данной области. Для собственно "вырезки" следует указать исходный файл и ввести имя для выходного файла.

При вычислении модуля вектора, скалярного или векторного произведений требуется указать на диске исходный файл(ы) и ввести имя выходного файла (полнота имени подразумевает наличие расширения).

Выполняется преобразование файла сетки/поля следующим образом: вычисляются значения в центрах ячеек, в результирующий файл выводятся также значения в в серединах ребер восьмивершинников, центрах граней граничных ячеек и угловых узлах. Таким образом, результирующий файл по каждому индексному направлению имеет размерность на единицу больше чем соответствующая размерность исходного файла.

Для проведения данного преобразования необходимо указать на диске исходный файл и ввести имя для файла - результата. ВНИМАНИЕ ! Преобразование производится только для целого поля без возможности использования пределов, поэтому иногда теоретически возможна нехватка памяти для данной операции.

В процессе вычислений сюда выводится протокол - информация обо всех производимых действиях.

При выполнении различных сервисных операций размер оперативной памяти на Вашем ПК не имеет значения, и для работы достаточно лишь необходимого пространства на диске для выходного файла. Но при выполнении дифференциальных операций, суммировании, осреднении и вычислении потоков наличие большей оперативной памяти выигрышно сказывается на производимых операциях. Кстати, программа использует защищенный режим процессора, поэтому для ее успешной работы желателен больший размер оперативной памяти (от 1 МБайт, чем больше, тем лучше). Также необходимо наличие на диске в доступном для поиска месте файлов, обеспечивающих работу в защищенном режиме.

Все дальнейшие рекомендации не касаются Вашей работы, если размер используемой сетки меньше минимального размера доступной для расчетов памяти (сообщается по команде Settings вместе с минимальным и максимальным размером массива - использование наименьших массивов требуется для вычисления потока через внутреннюю сеточную поверхность, а использование наибольших массивов возможно при осреднении скаляра в объеме). Однако в противном случае иногда может создаваться впечатление, что памяти недостаточно, а это не всегда соответствует действительности.

Следует иметь в виду, что для выполнения вычислительных операций требуется некоторое количество (обычно трехмерных) массивов одинаковой размерности, а их количество зависит от производимой операции.

Загрузка текущей сетки (включающая вычисление векторов-поверхностей граней ячеек и объемов ячеек) облегчает работу, при многократном использовании одной и той же сетки экономит время и обязательно требуется для вычисления дифференциальных величин, но занимает в памяти 13 массивов.

Для оптимальной работы полезно знать, сколько массивов требуется для той или иной функции. Кроме загрузки сетки, для вычисления дифференциальных величин требуется от 4 до 6 массивов (первое число в случае вычисления градиента, второе в остальных случаях; в дальнейшем первое число означает загрузку скаляра, второе - вектора).

В процедурах пакета AverTool загрузка сетки занимает, как всегда, 13 массивов, хотя реально требуется меньше. Суммирование/осреднение в объеме требует 4 + от 1 до 3 массивов (4 под сетку, 1 - для скаляра и 3 - для вектора), на граничной поверхности - 12 + от 1 до 3, на внутренней сеточной поверхности - 12 + от 4 до 7. Вычисление потока через граничную поверхность требует 12 + 4 массива, через внутреннюю сеточную поверхность - 12 + 7 массивов. Меньше всего памяти требуется для преобразования расчетного поля скаляра в выводное - 2 массива.

Возможен запуск программы с параметром /ERROR, который может помочь при отладке программы, при этом в случае возникновения ошибки времени выполнения будет выдано дополнительное диагностическое сообщение о процедуре, в которой произошла ошибка (Error indicator: ...), а также стандартное сообщение об ошибке, помогающее локализовать ее в исходном тексте (Runtime error ### at position ####:####).

Параметр /$$$ предназначен для формирования файлов *.$$$, в которые производится вывод промежуточных результатов работы расчетных процедур (при отладке программы). Такие файлы создаются в следующих случаях:

AVERTOOL.$$$ - информация о процедурах пакета AverTool
SVTUNIT5.$$$ - информация о работе процедур "5-го модуля" - суммирование/осреднение

SI-1.$$$, SJ-1.$$$, SK-1.$$$
SI-2.$$$, SJ-2.$$$, SK-2.$$$
SI-3.$$$, SJ-3.$$$, SK-3.$$$ - вектора-площадки граней ячеек - при их вычислении

grid_X.$$$
grid_Y.$$$
grid_Z.$$$ - сетка после ее загрузки

VOL.$$$ - объемы ячеек

IM_FIELD.$$$
IM_FLD2.$$$ - "промежуточные" поля с вычисленными дифференциальными величинами ДО интерполяции, вычисленные по методу FDM и при задании данных в центрах ячеек соответственно,
IM_GRID.$$$ - соответствующая первому полю сетка, второму полю будет соответствовать выводная сетка на единицу больших размерностей, нежели исходная (в трехмерном случае, в двумерном из поля нужно вырезать один слой)

PRE_UI.$$$, PRE_VI.$$$, PRE_WI.$$$,
PRE_UJ.$$$, PRE_VJ.$$$, PRE_WJ.$$$,
PRE_UK.$$$, PRE_VK.$$$, PRE_WK.$$$ - входное поле после предварительной интерполяции при вычислении дифференциальных величин по второму методу

Программа создает временные файлы с расширением *.SVT в своей директории, по окончании работы программы такие файлы автоматически удаляются.

Запуск программы с параметром /PRIVATE расширяет ее функциональные возможности (появляются дополнительные пункты меню), добавляемые операции исключены по соображениям логической стройности из окончательного варианта интерфейса, и их использование связано с личными пристрастиями создателя.

В выражении допустимо использование любого уровня вложенности скобок, арифметических операций (+,-,*,/ и ^ -возведение в степень) и стандартных функций, аргументы которых указываются в скобках: ln(), lg() (десятичный логарифм), sin(), cos(), tg(), exp(), arcsin(), arccos(), arctg(), sqrt() (квадратный корень), cbrt() (кубический корень), fact() (факториал целого числа) и abs() (модуль числа). Числовые константы допускается записывать в произвольной форме (в том числе и экспоненциальной); возможно использование стандартной константы: число Пи = 3.141592654, указывается: pi.

ВНИМАНИЕ ! в новой версии произведены некоторые изменения, связанные с работой встроенного транслятора. Во-первых, он подключен к стандартному окну ввода числа, т.е. при вводе можно набирать не только числовую константу, но и некоторое однозначно вычисляемое математическое выражение, синтаксис которого рассмотрен выше.

Сообщения транслятора об ошибках

1: Unexpected symbol - нераспознанный символ в выражении, скорей всего символ просто не на своем месте, т.к. при вводе выражения автоматически контролируется принадлежность множеству допустимых символов;
2: Illegal parenthesis using - некорректное использование скобок, скорей всего, не хватает соответствующей открывающей или закрывающей круглой (!) скобки;
3: Illegal value format - некорректная запись числовой константы - проверьте, не перешли ли Вы на шестидесятиричную систему счисления древних индейцев !
4: Value conversion error - ошибка преобразования числовой константы - с ее форматом явно что-то не то...
5: Unexpected power symbol - символ степени ^ найден не на своем месте - короче, в данной ситуации он неприменим;
6: Illegal call of power function - некорректный вызов возведения в степень, например, отрицательное число возводится в дробную степень;
7: Unexpected "*" or "/" symbol - кто-то из умножения или деления оказался не к месту;
8: Division by zero - всего-то деление на нуль;
9: Could not find a numbers - расшифровывали-расшифровывали выражение, и не нашли в нем ни одного числа;
10: Illegal expression - выражение в целом некорректно - чтобы получить эту ошибку, надо сильно постараться;
11: Unexpected end of expression - неожиданный конец выражения - это если в его конце приписать поздравление с 8 марта;
16:Bad argument number - некорректный номер аргумента, или, скорее всего, неверное число аргументов.
101-112: Illegal call of $$$ function - некорректный вызов функции $$$ - скорей всего, недопустимый аргумент при вычислении значения функции, где в качестве $$$ могут быть:

1: sqrt - квадратный корень неотрицательного аргумента;
2: cbrt - кубический корень;
3: fact - факториал целого положительного числа;
4: arcsin - арксинус числа не большего единицы по модулю;
5: arccos - арккосинус того же, что и в арксинусе;
6: arctg - арктангенс;
7: exp - экспонента;
8: ln - натуральный логарифм положительного числа;
9: lg - десятичный логарифм положительного числа;
10: sin - синус аргумента в радианах;
11: cos - косинус того же самого;
12: tg - тангенс (без слов);
13: abs - модуль;

Встроенный компилятор формул

Встроенный транслятор выражений, используемый в программах МАТРИЦЫ и SOLVER, заменен на компилятор для увеличения скорости работы программ (данное нововведение реализовано во всех версиях SVET'а).

Что это значит с точки зрения программиста ? Раньше при вычислении нового значения выражения каждый раз (даже при простом изменении аргумента функции в SOLVER'е) выражение расшифровывалось транслятором и постепенно вычислялось в процессе дешифровки. Налицо некоторая неэффективность, отрицательно сказывавшаяся на быстродействии; но сделать было фактически ничего невозможно, т.к. основное достоинство транслятора - его универсальность, т.е. пригодность для вычисления ЛЮБОГО выражения, что и обеспечивалось.

Однако, оказалось возможно заставить транслятор вместо вычисления выражения при расшифровке составлять нечто вроде программы на условном языке, записывая в виде понятных команд всю последовательность действий по вычислению значения функции в конкретной точке. Поэтому расшифровка производится только один раз, а при циклических вычислениях вызывается лишь процедура выполнения внутренней программы, подсчитывающая результат.

Чем это все обернется для пользователя ? Во-первых, возрастет скорость работы (в несколько раз !). И во-вторых, как на этапе расшифровки, так и при вычислении выражения могут возникнуть новые, специфические ошибки, обусловленные особенностями работы компилятора.

Calculation memory overflow - переполнение вычислительной памяти: введенное выражение слишком сложно;
Program memory overflow - переполнение программной памяти: Ваше выражение слишком сложно;
There is no function - введенное выражение равно константе, т.е. не зависит от заявленных аргументов; в данном случае компилятор не может создать программу-описание формулы, поэтому если Вы не можете другим способом реализовать данное действие (например, данная ошибка возможна при попытке формирования константного поля по данной сетке, в этом случае воспользуйтесь процедурой формирования стартового поля и другими алгебраическими процедурами), попробуйте "хитростью" обойти программу - написать что-нибудь вроде 1+X-X;
Couldn't find any program - при попытке вычисления не найдена программа - каким-то образом Вы пропустили момент ее создания, это возможно если программа не перехватила предыдущую ошибку;

ВНИМАНИЕ ! Не стоит жалеть места и представлять константы в выражении в виде готовых чисел, а не более наглядных выражений - компилятор составляет оптимальную программу, и не будет делать одно и то же несколько раз подряд: например, смело заменяйте 0.333... на 1/3 или 3^(-1).

В программе принята стандартная нумерация граничных и внутренних сеточных поверхностей, а именно: для внутренних поверхностей - первая поверхность при постоянстве индекса I, вторая - для индекса J, третья - для К. Граничные поверхности нумеруются от 1 до 6 в том же порядке индексов, но для каждого индекса вначале рассматривается поверхность с его минимальным значением, затем - с максимальным.

Возможен запуск программы (файл SVET*.EXE) с параметрами: // служит для указания директории с файлами справки и конфигурации, если они находятся не в одной директории с исполнимым файлом; пример использования данного параметра: //D:\SVET. Возможно использование параметра /COMMA для эквивалентности запятых пробелам во входных файлах. Параметр /SHORT задает сокращенный формат вывода файлов, по умолчанию используется расширенный формат. В сокращенном данные выглядят оптимально, и размера он меньшего, но при использовании расширенного формата числа располагаются строго по столбцам.

В файле системной конфигурации программы (SYSTEM.CFG) сохраняются данные протоколов строк ввода диалоговых окон, так что при перезапуске программы она "помнит" данные, введенные в диалогах (числа, формулы, имена файлов). Естественно, при долговременной работе программы этот файл заполняется "мусором" - множеством неиспользуемых данных. Возможна очистка протоколов ВСЕХ строк ввода программы, если запустить ее с параметром /CLEARHISTORY.

При остановке программы по т.н. ошибке времени выполнения выдается диагностическое сообщение и взамен стандартного номера ошибки и адреса в программе сообщается о ее характере. В случае, если ошибка не распознана, выдается лишь ее номер (Unknown error #$$$).

Normal termination - нормальное завершение;

File not found - файл не найден;
Path not found - путь не найден;
Too many files open - слишком много открытых файлов;
File is locked - файл недоступен;
Error in file descriptor - ошибка дескриптора файла;
Error in file handler - ошибка файловой переменной;
Error in drive number - ошибка в номере диска;
Couldn't erase current directory - невозможно стереть текущую директорию;
Couldn't rename to other drive - невозможно переименование на другой диск;
Error reading from disk - ошибка чтения с диска;
Error writing to disk - ошибка записи на диск;
No link between file and file descriptor - нет связи между файлом и файловой переменной;
File wasn't open - файл не был открыт;
File wasn't for input - файл не был открыт для ввода;
File wasn't open for output - файл не был открыт для вывода;
Error in value format - неверный числовой формат;
Disk is locked for writing - диск защищен от записи;
Unknown unit - неизвестный модуль;
Disk not ready - диск не готов;
Unknown command - неизвестная команда;
Error in checksum - неверная контрольная сумма;
Error in disk structure length - ошибка в длине структуры при работе с диском;
Disk search error - ошибка поиска на диске;
Unknown drive type - неизвестный тип носителя;
Sector not found - сектор не найден;
Out of paper on printer - нет бумаги на принтере;
Device writing error - ошибка записи на устройство;
Device reading error - ошибка чтения с устройства;
Hardware error - ошибка оборудования;
Division by zero - деление на нуль;
Range check error - выход за границы типа (массива);
Stack overflow - переполнение стека;
Not enough memory - недостаточно оперативной памяти;
Error in pointer operation - ошибочная операция с указателем;
Floating point overflow - переполнение вещественного;
Lost floating point - потеря точности в вещественном;
Floating point error - ошибочная операция с вещественным;
Overlay controller not found - нет диспетчера оверлеев;
Overlay file reading error - ошибка чтения оверлейного файла;
Ariphmetic overflow error - ошибка целочисленной арифметики;
General protection fault - глобальная ошибка защиты, некорректное управление распределением памяти в защищенном режиме работы процессора.

Необходимо выбрать границу и ввести ограничения по области (части) этой границы, где будут производиться вычисления.

Необходимо выбрать тип внутренней линии (поверхности) и ограничения по ее длине (площади), где будут производиться вычисления, а также указать номер этой самой внутренней линии (поверхности).

Если не сделано установки текущей сетки, введите размеры поля. После этого введите необходимые числовые выражения для компонент формируемого поля.

В первом варианте исходное поле задает значения в узлах текущей сетки, в процессе вычисления получаются значения в центрах ячеек, а затем в результате интерполяции получается поле окончательных значений - в узлах исходной сетки. Это - метод FDM (Cell-Vertex data).

Указывается имя выходного файла, потом в диалоге задаются параметры сетки, после чего происходит формирование и запись файла. В диалоге для каждой из размерностей следует задать три параметра из четырех (минимальное и максимальное значение величины, шаг сетки и ее размер) и указать, значение какого из четырех параметров неизвестно, т.е. будет вычислено по остальным трем. Для проверки установленных значений предназначена команда Test, по которой происходит пересчет неизвестных параметров с установкой полученных значений в поля диалогового окна.

скалярно-векторный инструментарий, оболочка для работы с данными на структурированных сетках (вариант Turbo Vision).

Авторы: Е.М.Смирнов и А.Левченя, спасибо В.В.Рису за помощь в создании программы

Необходимо в том случае, если Вы хотите работать только с ее частью.

В первом диалоговом окне при отсутствии установленной в качестве текущей сетки следует указать ее размеры.

Во втором диалоговом окне указываются пределы по расчетной области.

При необходимости снять ограничения ("растянуть" их на всю область) следует нажать кнопку Full (полный размер), при этом в строки ввода будут подставлены граничные значения. Если эти значения и будут установлены кнопкой OK, всякие ограничения будут сняты.

При выполнении сервисных операций над полями требуется ответить на запросы, связанные с выбором исходных файлов, указать имя (имена) выходных файлов и при необходимости ввести числовые значения параметров преобразования

В первый блок алгебраических операций включены реализованные через единую процедуру обработки полей с добавлением интерфейсных элементов, облегчающих работу с процедурой. Необходимо лишь указать входные файлы, ввести имя выходного файла и при необходимости ввести числовые значения масштабирующих и сдвиговых констант, все остальные действия производятся автоматически.

Остальные процедуры аналогичны с точки зрения интерфейса

преобразование полей на разных типах сеток, формирование базовых полей для последующих преобразований

Для работы данной процедуры необходимо наличие установки пределов по расчетной области - ее размер и будет использован в качестве размера результирующего поля.

В последних версиях программы сделаны принципиальные изменения в "стратегии" работы интерфейса, на которые следует обратить внимание.

Программа может выводить данные в двух форматах - столбчатом и экономичном. В первом случае данные записываются в столбец стандартно заданной ширины (например, 15) в экспоненциальной форме с фиксированным количеством цифр в мантиссе и порядке, со всеми "лишними" нулями. В экономичном формате ограничение на размер мантиссы сохраняется, а число в целом записывается либо в экспоненциальной форме, либо в форме с фиксированной десятичной точкой в зависимости от его величины, но в любом случае без "лишних" нулей, столбцы разделяются одним пробелом. Такая запись получается сокращенной, но столбцы имеют различную ширину.

Данная процедура позволяет, указав в качестве исходного текстовый файл с числовыми данными (естественно, в т.ч. в любом из вышеперечисленных форматов), преобразовать этот файл в конкретный формат: требуется указать имя выводного файла и формат записи данных.

В пакет программы в процессе ее работы входят следующие файлы:
SVETTV1.EXE - основная программа,
SVET.CFG - текстовый конфигурационный файл,
SYSTEM.CFG - бинарный конфигурационный файл,
HELPSVET.HLP - файл справочной системы,
SVET.LOG - файл протокола.

За технической поддержкой обращайтесь к автору, Левченя Александру,

E-mail: levchenya@aerofmf.stu.neva.ru
WWW: http://aerofmf.stu.neva.ru/~levchenya/svet/

На данной интернет-странице представлена развернутая документация по программе: принятые соглашения, возможности программы, математическая база - вычислительные формулы и их реализация, форматы файлов и другая информация.

В текстовом окне просмотра открывается файл, выбранный в соответствующем диалоговом окне; в отличие от стандартного окна просмотра файла, реализованного встроенными средствами Turbo Vision, возможен просмотр файла произвольного размера.

В процессе работы программы при задании некорректных параметров процедурам возможно получение различных сообщений об ошибках