Численное моделирование переноса примеси в сплошной среде с использованием суперкомпьютерного моделирования

На примере утечки нефти из трубопровода, проложенного по дну водоема, описывается процесс моделирования распространения примесей в сплошной среде на основе программного обеспечения, разработанного с использованием суперкомпьютерных технологий и написанного на языке C. Предложена математическая модель, описывающая процесс переноса примесей в водной среде. Задача сводится к решению системы из двух уравнений: обобщенного дифференциального уравнения переноса примесей и уравнения поля скорости. В обобщенном уравнении переноса примесей переменная от функции может являться различными параметрами, в рамках данной задачи она является концентрацией. В моделируемой ситуации происходит утечка нефтепродуктов из магистрального трубопровода, нефтепродукты непрерывным потоком поступают в водоем. Для исследования сымитирована область с заданными границами и начальными параметрами: размер участка, скорость течения, плотность среды. Представлен процесс разработки и тестирования программного комплекса на основе OpenMP-CUDA. Функционал созданной программы позволяет прогнозировать скорость и дальность распространения различных примесей в различных средах с визуальным представлением. Программный комплекс состоит из двух модулей: расчета и визуализации. Расчетный модуль реализован переносом вычислительной нагрузки на видеокарту. Графический модуль реализован на языке Python c использованием библиотеки matplotlib. Приведены итоги численного моделирования распространения загрязняющей примеси в сплошной среде. Полученный результат совпадает с реальной ситуацией и результатами других исследований. При увеличении количества экспериментальных данных и зависимых переменных (температура среды, соленость воды и т. д.) точность моделирования увеличится. Произведен расчет утечки нефти при разных свищах в случаи аварии и сравнение с результатами компьютерного моделирования.