Ветряк в аэродинамической трубе на решётке Больцмана
Воздух здесь не анимация. Это решёточный метод Больцмана D3Q19, который считается прямо сейчас: 128 тысяч клеток в обычной трубе, до 2.8 миллиона, если попросить, - на процессоре, на CUDA или на OpenCL. Линии тока проинтегрированы по тому полю скорости, которое решатель только что посчитал, и раскрашены по местной скорости: синее - медленный воздух, красное - быстрый.
Ротор задан методом actuator line. Лопасть разрезана на двенадцать элементов; каждый шаг решатель читает ветер у каждого элемента, находит угол атаки, берёт подъёмную силу и сопротивление из поляры тонкого профиля и возвращает реакцию в воздух как силу. Именно эта реакция и создаёт след. Ничего в следе не нарисовано руками.
Что можно менять на ходу:
скорость ветра, радиус ротора, число лопастей, хорду, сужение
рабочую быстроходность и отдельно ту, под которую лопасть закручена
угол установки лопасти
размер решётки, от 65 тысяч клеток до 2.8 миллиона
вычислитель: авто, CPU, CUDA, OpenCL
В панели рядом стоят Cp, измеренный по потоку, и предел Беца 16/27 = 0.5926. Они расходятся, и модуль объясняет почему, а не прячет: на такой грубой решётке actuator line даёт превышение. И - это то, о чём обычно молчат - более мелкая решётка не означает «то же течение, посчитанное точнее». Время релаксации фиксировано, поэтому больше клеток на тот же ротор - это большее число Рейнольдса: 37 на самой мелкой трубе, 132 на самой крупной. Re, число Маха и загромождение выведены на экран, чтобы было видно, какое именно течение вы смотрите.
Сам предел Беца - одна строчка алгебры: затормозишь ветер слишком сильно, и след перекроет подачу. Cp = 4a(1−a)², максимум при a = 1/3, то есть 16/27. Модуль показывает кривую, рабочую точку и течение, которое обязано подчиняться закону сохранения импульса, но ответа заранее не знает.
Часть Makarov Physics Suite - 132 интерактивных модуля по физике, уже в Steam: https://store.steampowered.com/app/4861360/Makarov_Physics_S...