Ученый Томского политехнического университета Александр Ни представил новый способ вычисления модели естественных турбулентных потоков. В его основе лежит уравнение Больцмана, которое исследователь адаптировал для расчета тепловых потоков в замкнутом помещении.
Подход позволяет уменьшить потери тепла и рассчитать верное расположение обогревателей и вентиляторов во избежание застоя воздуха. С вычислениями справится любой персональный компьютер, а не суперкомпьютеры, как это требовалось раньше. Результаты работы опубликованы в журнале Chinese Journal of Physics (Q2, IF: 4,6).
Традиционно для данных вычислений используется уравнение Навье — Стокса. Однако для его применения требуются большие мощности: после расчета каждого шага необходимо решать уравнение неразрывности, то есть доказывать, что поток воздуха — сплошной, и предыдущее состояние воздуха связано с текущим. Вместо этого ученый применил адаптированное уравнение Больцмана, которое описывает распределение частиц в газе — оно поддается более простым вычислениям.
Просчитать движение воздушных потоков благодаря предложенной модели можно приблизительно за 1,5 минуты на видеокарте средней мощности.
«Учет движения воздушных потоков по новой модели позволит правильно расположить системы нагревания и вентиляции и достичь максимальной экономии энерго- и финансовых затрат», — отмечается на сайте вуза.
В ТПУ планируют работать над еще большим увеличением скорости решения, чтобы просчитывать динамику системы получалось в реальном времени. В перспективе разработка может быть использована для создания цифровых двойников систем теплопотребления, отслеживания динамики тепловых потоков и предупреждения аварий и неполадок.
Ранее Наука Mail писала о том, как математики решили 50-летнюю задачу.