Трехмерное моделирование методом LBE на гибридных GPU-кластерах распада бинарной смеси жидкого диэлектрика с растворенным газом на систему парогазовых каналов

При моделировании фазовых переходов метод решеточных уравнений Больцмана (Lattice Boltzmann Equation, LBE) представляет собой метод сквозного счета границ раздела фаз. Алгоритм LBE хорошо распараллеливается на большое количество потоковых процессоров в современных графических ускорителях (Graphics Processing Unit, GPU). Использование гибридных GPU-кластеров позволило выйти на принципиально новый уровень моделирования мультифизических задач. Были проведены трехмерные расчеты спинодальной декомпозиции на сетках свыше 250 миллионов узлов. Выполнено трехмерное моделирование анизотропного распада бинарных смесей жидкого диэлектрика и растворенного газа в экстремальных электрических полях на двухфазную систему нитевидных парогазовых каналов в жидкости, параллельных локальному вектору электрического поля. Расчет электрического поля выполнялся с учетом изменения диэлектрической проницаемости бинарной среды во времени и в пространстве. Парогазовые каналы расширяются как за счет диффузии растворенного газа из жидкости и испарения жидкого вещества внутрь каналов, так и за счет коалесценции каналов друг с другом. Показано, что критическая напряженность однородного электрического поля значительно уменьшается при увеличении концентрации растворенного газа. Это указывает на то, что в наносекундном диапазоне пробоя реальных жидких диэлектриков возможен механизм зарождения, роста и ветвления каналов стримеров путем анизотропного (электрострикционного) распада. Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы “Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2013 годы” (проект N 07.514.11.4106).