Возможности пакета программ «Логос» для моделирования процессов теплообмена

В декабре 2019 года Госкорпорация «Росатом» объявила о выходе нового цифрового продукта «Логос Тепло». Это следующий стратегически важный, после выхода «Логос Аэро­Гидро», шаг в создании отечественной CAE­системы тяжелого класса для многодисциплинарного моделирования физических процессов.

«Логос Тепло» входит в пакет программ «Логос» и предназначен для решения инженерных задач в области оценки тепловых характеристик и режимов работы изделий и узлов в авиастроении, двигателестроении, транспортном машиностроении, атомной энергетике и других отраслях промышленности (рис. 1).

Рис. 1. Интерфейс программного продукта «Логос Тепло»

Рис. 2. График выхода коммерческих релизов программных продуктов «Логос»

«Логос Тепло» подготовлен к выводу на рынок в рамках реализации программы «Цифровые продукты» — одного из ключевых направлений Единой цифровой стратегии Госкорпорации «Росатом», утвержденной в конце 2018­го и охватывающей период до 2030 года. Одна из главных задач Росатома, согласно упомянутой стратегии, — создание и вывод на рынок собственных тиражируемых цифровых продуктов как для атомной отрасли, так и для других отраслей российской промышленности. Решение этой задачи — весомый вклад в ход реализации программы импортозамещения, ставшей сегодня для страны реальной необходимостью.

Программные продукты «Логос» разрабатываются с 2009 года высококвалифицированной командой специалистов ФГУП «РФЯЦ­ВНИИЭФ» в тесном сотрудничестве с ведущими академическими институтами и промышленными предприятиями. При создании продуктов «Логос» используются только собственные разработки и лишь небольшая часть программных компонентов, приобретенных на исключительных правах или лицензируемых у российских софтверных и инжиниринговых компаний.

Следующим к коммерческому релизу готовится программный продукт «Логос Прочность», выпуск которого планируется в декабре 2020 года. С его выходом пакет программ «Логос» потенциально сможет закрыть до 80% процентов всех расчетных задач в области гидрогазодинамики, теплообмена и прочности, встречающихся в отечественной промышленности (рис. 2).

Продвинутый функционал

«Логос Тепло» позволяет решать различные прикладные и исследовательские задачи в области теплообмена с использованием широкого набора математических моделей и алгоритмов (рис. 3 и 4). Ключевыми особенностями «Логос Тепло» являются:

• развитые возможности задания параметров для расчета стационарной и нестационарной теплопроводности;
• моделирование в трехмерной и двумерной (плоской и осесимметричной) постановках;
• использование произвольных неструктурированных сеток (в том числе не состыкованных);
• расчет теплопроводности в движущихся телах, а также с учетом формоизменения;
• теплообмен излучением для серых тел;
• теплообмен системы подвижных тел с учетом температурного контакта и с термическим сопротивлением на контакте;
• развитые модели учета фазового превращения веществ;
• моделирование эрозии и абляции;
• учет химической кинетики;
• решение связанных задач аэродинамики и теплообмена (совместно с программным продуктом «Логос Аэро­Гидро»);
• современные инструменты для управления исходными данными и параметрами расчета.

Рис. 3. Моделирование теплообмена излучением

Рис. 4. Моделирование нагрева трением

Библиотека материалов

Важным элементом работы в «Логос Тепло» является удобство его применения пользователем. В этих целях в продукт введена библиотека теплофизических свойств материалов, содержащая в базовой версии более 50 наиболее часто используемых материалов и предоставляющая инженеру возможность ее наполнения собственными материалами (рис. 5).

Рис. 5. Библиотека теплофизических свойств материалов в «Логос Тепло»

Внедрение в промышленности

«Логос Тепло» разработан в тесном сотрудничестве с научно­исследовательскими и промышленными организациями, адаптирован под специфику их работы и верифицирован на реальных задачах пользователей (рис. 6).

Рис. 6. Расчет теплового состояния транспортного упаковочного контейнера
(источник: http://logos.vniief.ru/products/heat/)

В настоящее время лицензии «Логос Тепло» поставлены в более чем 30 конструкторских и проектных организациях, в том числе разрабатывающих и обосновывающих безопасность перспективных реакторных установок, включая АО «ОКБМ Африкантов», ФГУП «ГНЦ РФ­ФЭИ», АО «НИКИЭТ», АО «АТОМПРОЕКТ» и др.

Аттестация в Ростехнадзоре

В декабре 2019 года для «Логос Тепло» был получен аттестационный паспорт программного средства в ФГУ «НТЦ ЯРБ», который находится в ведении Ростехнадзора, согласно распоряжению Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2004 г. № 1725­р. Это позволяет применять его для экспертизы проектных решений и расчетного обеспечения проектирования объектов использования атомной энергии (ОИАЭ) и их элементов (рис. 7).

Рис. 7. Сертификат «Логос Тепло» НТЦ ЯРБ

Развитие и планы на будущее

За последний год разработчиками «Логос Тепло» выполнен большой объем работ по усовершенствованию алгоритмов излучения, что позволило существенно улучшить быстродействие решателя. Добавлены новые возможности, позволяющие проводить моделирование теплообмена излучением в симметричных конструкциях. Для расчета сложных процессов в системах с подвижными элементами реализована возможность расчета температурного контакта подвижных тел. Существенно увеличено быстродействие в ряде функциональных модулей, включая расчет температурного контакта, коэффициентов видимости и инициализации полей параметров.

«Логос Тепло» — динамично развивающийся продукт, предполагающий расширение функциональных возможностей под потребности заказчика. В ближайших планах — такие важные обновления, как введение учета излучения на контактной границе, моделирование процессов термопрочности совместно с «Логос Прочность» и др.

Единая расчетная среда

Программные продукты «Логос Аэро­Гидро» и «Логос Тепло» используют общий препостпроцессор, что позволяет пользователям, специализирующимся на различных физических дисциплинах, работать в единой расчетной среде, а также решать многодисциплинарные задачи, включая связанные и сопряженные постановки.

С учетом расширения расчетных возможностей за счет выпуска «Логос Тепло», далее перечислены основные классы промышленных задач, которые на сегодняшний день позволяет решать пакет программ «Логос»:

• авиастроение:
  • аэродинамика летательных аппаратов,
  • гидравлические и охлаждающие системы,
  • микроклимат в салоне;
• автомобилестроение:
  • внешняя аэродинамика кузова,
  • производительность ДВС,
  • комфорт пассажиров;
• двигателестроение:
  • расчет течений в лопаточных машинах,
  • определение эффективных показателей,
  • процессы в камере сгорания;
• ракетно­космическая отрасль:
  • ветровые нагрузки на стартовые площадки,
  • аэродинамика ракет­носителей,
  • процессы в ракетных двигателях;
• судостроение:
  • остойчивость, маневренность и самоходность,
  • эффективность движителей,
  • температура в жилых и грузовых отсеках;
• энергетика:
  • тепломассоперенос,
  • теплогидравлические процессы,
  • химическая кинетика.

Обучение пользователей

Для ускорения освоения программных продуктов «Логос» и внедрения их в процессы проектирования предприятий Госкорпорация «Росатом» предлагает полный спектр базовых, расширенных и специализированных обучающих курсов. Пройти обучение можно в учебном центре в АО «НИКИЭТ» (г.Москва), или в ООО «ЦКО», расположенном в пос. Сатис в непосредственной близости от разработчика ФГУП «РФЯЦ­ВНИИЭФ» (рис. 8).

Рис. 8. Учебный центр «Логос» в АО «НИКИЭТ» (г.Москва)

Обучение работе в программных продуктах «Логос» проводят квалифицированные специалисты в области численного моделирования, имеющие большой опыт работы на промышленных предприятиях и участия в инновационных научно­исследовательских проектах.

Учебные центры оборудованы современными рабочими станциями с доступом к высокопроизводительному вычислительному кластеру, а каждый слушатель во время обучения получает все необходимые методические материалы и консультации от преподавателей. По завершении обучения слушателям выдается удостоверение о повышении квалификации государственного образца. 

По материалам Госкорпорации «Росатом».