Архитектура программного средства с открытым исходным кодом для численного моделирования потоков на горных склонах

В настоящей работе разрабатывается архитектура решателя, реализующего новую трехмерную математическую модель для описания динамики потоков на склонах с учётом захвата и отложения материала. Также проводится сравнение двух подходов для описания динамики потоков на склонах: с использованием осреднённых по глубине уравнений механики сплошной среды (уравнений типа мелкой воды) и с использованием трёхмерного моделирования, основанного на полных, не осреднённых по глубине, уравнениях механики сплошной среды. С применением этих двух подходов проведено моделирование экспериментов по спуску потока в лотке и взаимодействию потока с комплексом заградительных сооружений. Проведено сравнение численных решений с экспериментальными данными. Кроме того, оба подхода применены к расчёту снежной лавины в 22-ом лавинном очаге горы Юкспор (Хибины). Дальность выброса лавины и форма лавинных отложений сравнивалась с натурными данными, полученными по результатам измерения реальной лавины, сошедшей в данном очаге. В процессе численного эксперимента были получены распределения таких величин, как скорость потока, глубина, плотность, молекулярная и турбулентная вязкость, значения плотности турбулентной кинетической энергии, диссипации турбулентной кинетической энергии, значение напряжения сдвига на дне потока. С использованием полученных данных разрабатывается математическая модель для описания захвата потоком материала подстилающей поверхности при её разрушении и отложения материала потока на склон. Для реализации полученной математической модели разработана архитектура решателя multiphaseEulerChangeFoam, реализующего трёхфазную многоскоростную модель с фазовыми переходами между материалом подстилающей поверхности и материалом движущегося потока. В качестве основы для разрабатываемого решателя взят классический решатель multiphaseEulerFoam из пакета OpenFOAM.