Сборники трудов ИСП РАН


Об оценках вычислительной сложности и погрешности быстрого алгоритма в методе вихревых элементов

К.С. Кузьмина (МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия)
И.К. Марчевский (МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия)

Аннотация

Основная вычислительная сложность при использовании вихревых методов сосредоточена в вычислении конвективных и диффузионных скоростей всех вихревых элементов. Рассматривается один из эффективных способов ускорения вычислений в методе вихревых элементов — алгоритм типа Барнса – Хата. Метод основан на построении иерархической структуры областей (дерева). При вычислении конвективных скоростей вихревых элементов данный метод позволяет учитывать взаимное влияние вихревых элементов, находящихся далеко друг от друга, приближенно по формуле, полученной с помощью разложения выражения для конвективной скорости в ряд Тейлора. Влияние вихревых элементов, находящихся в ближней зоне, рассчитывается напрямую по закону Био — Савара. При реализации данного алгоритма возникают параметры, влияющие на вычислительную трудоемкость и точность решения задачи: k — количество уровней дерева и θ — параметр дальности ячеек. Влияние вихревых элементов на диффузионные скорости друг друга экспоненциально затухает с увеличением расстояния между ними. Поэтому для вычисления диффузионных скоростей также построен алгоритм, позволяющий с помощью использования структуры дерева находить вихревые элементы, находящиеся в ближней зоне и вычислять влияние только от них. На основе решения модельных задач получены оценки вычислительной сложности алгоритмов вычисления конвективных и диффузионных скоростей, которые зависят от параметров алгоритма и количества вихревых элементов. Также получены оценки погрешности вычисления конвективных и диффузионных скоростей в зависимости от параметров алгоритма. На практике эти оценки позволяют выбирать оптимальные значения параметров алгоритма и добиваться максимального ускорения вычислений при заданном уровне допустимой погрешности расчета.

Ключевые слова

метод вихревых элементов, закон Био – Савара, вязкая жидкость, диффузионная скорость, алгоритм Барнса – Хата, быстрый мультипольный метод, вычислительная сложность, оценка погрешности

Издание

Труды Института системного программирования РАН, том 28, вып. 1, 2016, стр. 259-274.

ISSN 2220-6426 (Online), ISSN 2079-8156 (Print).

DOI: 10.15514/ISPRAS-2016-28(1)-15

Полный текст статьи в формате pdf Вернуться к содержанию тома