CMPS

CMPS liefert präzise, ​​missionskritische Strömungssimulationen durch ein robustes implizites Framework, fortschrittliche Turbulenzmodelle, strikte Erhaltung von Masse, Impuls und Energie sowie effiziente Skalierbarkeit auf modernen HPC-Architekturen.

CMPS ist ein hochgradig validiertes CFD-Simulationssystem (Computational Fluid Dynamics), das in Zusammenarbeit mit ROKETSAN Missile Industries entwickelt wurde.

CMPS basiert auf einem einheitlichen, leistungsstarken Framework, das auch in der Hydro-Solver-Familie zum Einsatz kommt, und verwendet eine vollständig gekoppelte, implizite Lösungsstrategie. Diese löst simultan alle relevanten Gleichungen für interagierende physikalische Phänomene. Die starke Kopplung gewährleistet Echtzeitgenauigkeit für hochdynamische, transiente Simulationen und sorgt für außergewöhnliche Robustheit und schnelle Konvergenz bei stationären Problemen. Das Ergebnis ist eine Solver-Architektur, die komplexe Mehrphasenströmungen mit hoher Genauigkeit, Stabilität und Recheneffizienz bewältigt.

CMPS Solver – Hauptmerkmale

Vollständig implizite, vollständig gekoppelte Lösungsstrategie

Die starke Kopplung aller grundlegenden Gleichungen gewährleistet hohe Robustheit, überlegene Stabilität und schnelle Konvergenz in allen Strömungsregimen.

Einheitliche Anwendbarkeit von inkompressiblen bis hin zu hypersonischen Strömungen

Eine einzige Solver-Architektur bewältigt Nieder-Mach-, Transsonik-, Überschall- und Hyperschallbedingungen ohne Umschalten von Modellen oder numerischen Strategien.

Hochleistungsfähige hybride Parallelisierung

Distributed-Memory-MPI mit optimierten Datenpackungs- und Austauschroutinen ermöglicht effizientes Skalieren auf modernen HPC-Clustern.

Templatebasierte, vektorisierte C++-Architektur

Eine hochgradig generische Codebasis, die für die vollständige Ausnutzung der SIMD-Einheiten aktueller CPU-Generationen ausgelegt ist und sowohl Leistung als auch Erweiterbarkeit unterstützt.

Aktuelle Fähigkeiten des CMPS-Solvers

CMPS-Solver – Fähigkeiten im Bereich Luft- und Raumfahrt & Verteidigung

Hochpräzise Aerothermodynamik

  • Genaue Vorhersage der Überschall- und Hyperschallerhitzung mittels
    y⁺-unabhängige Wandfunktionen für abgelöste kompressible Strömungen .
  • Fortschrittliche, realisierbare SST-kω- Turbulenz- und Wärmeübertragungsmodelle, abgestimmt auf Hochgeschwindigkeits-Grenzschichten.
  • Konsistente gekoppelte konjugierte Wärmeübertragung (CHT) für die simultane Analyse der thermischen Belastung von Fluiden und Festkörpern.
  • Robustes Verhalten bei Düsenexpansion , Stoßwellen-Grenzschicht-Wechselwirkung , Strahlaufprall und Wiedereintrittsbedingungen .

Modellierung von Antriebs- und Raketensystemen

  • Stationäre und transiente Simulation von Feststoffraketenmotoren , Mantelraketen , Staustrahltriebwerken und Düsen .
  • Kontinuitätsbeschleunigung für steife, mehrskalige interne Strömungen mit großen Geschwindigkeitsunterschieden.
  • Vollständige Unterstützung für den Transport mehrerer Spezies , detaillierte turbulente Verbrennung und Hochtemperatur-Realgas-Effekte.
  • Achsensymmetrische, 2D- und vollständig 3D-Konfigurationen mit echten polyedrischen und gemischten unstrukturierten Netzen .

Technologie zur Lösung kompressibler Strömungen

  • Stark gekoppelte, vollständig implizite Formulierung mit primitiven Variablen für stationäre und instationäre Dualzeitprobleme.
  • Physikalisch konsistente Flussformulierungen für kompressible Strömungen
  • Zeitableitungs-Vorkonditionierung zur Gewährleistung gleichbleibender Genauigkeit von inkompressiblen bis hin zu Hyperschallgeschwindigkeiten .
  • Diskretisierungen zweiter Ordnung und mit beschränktem Zentrum für hohe Genauigkeit ohne unkontrollierte numerische Dissipation.

Turbulenz, reaktive Strömung und Multiphysik

  • Hybride RANS-/skalenauflösende Turbulenzoptionen für abgelöste, Übergangs- und Hoch-Reynolds-Zahl-Strömungen.
  • Detaillierte Mehrkomponentenchemie unter Berücksichtigung von Speziesdiffusion, Thermodynamik und Turbulenz-Chemie-Wechselwirkung.
  • Vollständig gekoppelte Euler'sche Partikelphasenmodellierung für staubbeladene oder metallisierte Abgase in Antriebssystemen.
  • Partikelzerfall, -verschmelzung und Grenzflächentransport in dichten und verdünnten Mehrphasenumgebungen.

Rotierende Maschinen und aerodynamische Antriebssysteme

  • Mehrere Bezugssysteme (MRF) für Rotoren, Lüfter, Turbomaschinen und Propeller.
  • Genaue Darstellung von Schaufeldurchgang, Drall und Schaufelspitzenspalt mithilfe unstrukturierter polyedrischer Topologien.
  • Kompatibel mit gekoppelten Domänen, die stationäre und rotierende Komponenten enthalten.

HPC-Leistung und Skalierbarkeit

  • Hochleistungsfähige verteilte Speicher- und hybride Parallelimplementierung , optimiert für Clusterumgebungen in der Luft- und Raumfahrt.
  • Effiziente Paketierung, Kommunikation und MPI-Planung für große Multi-Block-Multi-Region-Simulationen.
  • AMG- und AMG-vorkonditionierte Krylov-Löser für große, vollständig gekoppelte implizite Systeme.
  • Nachweisliche Skalierbarkeit für große 3D-Antriebs-, Aerodynamik- und Kühlungsströmungssimulationen.

Geometrie, Vernetzung und Randbedingungen

  • Unterstützt 3D-, 2D- und rotationssymmetrische Problemklassen.
  • Vollständig kompatibel mit unstrukturierten Netzen aus gemischten Elementen, Polyedern, Prismen/Tetraedern/Hexagonalen .
  • Umfassende, auf die Luft- und Raumfahrt ausgerichtete Randbedingungen: Massenstrom, Staupunkt, Fernfeld, Ein-/Ausströmung und Schnittstellen im rotierenden Bezugssystem.

E/A, Standards und Integration

  • CGNS- und HDF5-Unterstützung für standardisierte Datenstrukturen und werkzeugübergreifende Kompatibilität.
  • Geeignet zur Kopplung mit thermischen, strukturellen und Trajektoriencodes in Arbeitsabläufen zur Analyse von Luft- und Raumfahrtmissionen.
  • Vollständig wiederaufladbar, geeignet für langlaufende HPC-Luft- und Raumfahrtprogramme. Arbeitet mit primitiven Variablen.

Verteilung von Aluminiumoxidtröpfchen während des Raketenstarts

Granulare Strömung von Borpartikeln in einem kanalisierten Raketentreibstoff-Gasgenerator

Funktionen, die entwickelt und getestet werden

  • Fortschrittliche turbulente Verbrennungsmodellierung , einschließlich detaillierter Chemie- und Turbulenz-Chemie-Wechselwirkungsmodelle.
  • Volume-of-Fluid-Methoden (VOF) zur Grenzflächenerfassung in Mehrphasenströmungen.
  • Large Eddy Simulation (LES) für hochgenaue, skalenauflösende Vorhersage turbulenter Strömungen.
  • Detaillierte Strahlungswärmeübertragungsmodelle , einschließlich der Effekte des strahlendissoziierenden Mediums und spektraler Behandlungen.