Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН

DigiTEF: программный комплекс для создания цифровых двойников

DigiTEF – программный комплекс на базе OpenFOAM и утилит других открытых проектов, а также уникальных модулей и библиотек ИСП РАН. Позволяет решать прикладные задачи газовой динамики, аэродинамики, гидродинамики и акустики. Предназначен для создания сложных цифровых моделей промышленных устройств. Включён в Единый реестр российского ПО (№ 5377).

Особенности и преимущества

Комплекс решает те же задачи, что и мировые аналоги. Сравнительные исследования производительности и точности ядра DigiTEF с Ansys Fluent и Star CCM+ показали сопоставимые (а в некоторых случаях и более низкие) вычислительные затраты при одинаковой точности. Вокруг DigiTEF сформировано сообщество инженеров, исследователей и разработчиков промышленных проектов.

DigiTEF - это:

• открытый исходный код (позволяет контролировать и адаптировать реализованные алгоритмы);
• развитие параллельно с веткой OpenFOAM+;
• наличие средств автоматизации вычислений и интеграции моделей для комплексного исследования технических объектов;
• возможность разработки дополнительных компонентов в соответствии с конкретными требованиями.

Комплекс состоит из двух основных блоков:

1. OpenDTEF – ядро программного комплекса на основе OpenFOAM. Содержит основные алгоритмы, процедуры и функции, а также набор сторонних библиотек на языке С++. Находится в открытом доступе (https://github.com/unicfdlab) и состоит из следующих компонентов:

• компонент инструментов для моделирования сжимаемых течений;
• компонент расширенных настроек расчётного случая на основе swak4Foam;
• компонент для параметризации на базе Python. Позволяет проводить автоматизацию расчётных случаев, а также осуществлять интеграцию в DigiTEF программных комплексов Salome, Paraview и CodeAster.

2. Компоненты, разработанные в ИСП РАН:

• компонент анализа данных для визуализации и извлечения информации. Предназначен для анализа результатов и построения моделей пониженной размерности с использованием методов обработки данных (FFT, POD, DMD, Hilbert transformations);
• компонент для расчёта сжимаемых течений на основе квазигазодинамических (КГД) уравнений, позволяющих использовать процедуру пространственно-временного осреднения для определения основных газодинамических величин (плотности, скорости и температуры и др.);
• для расчёта несжимаемых течений на основе КГидД-уравнений (компонент применим в задачах океанологии, конвекции и дозвуковых течений);
• для расчёта несжимаемых и сжимаемых течений на основе гибридного алгоритма Pimple и Курганова – Тадмора;
• для расчёта дозвуковых турбулентных течений с использованием гибридного URANS/LES подхода и низко диссипативных численных схем;
• для проведения акустического анализа (в компоненте реализованы аналогии Керла и Фокс Уильямса – Хокинга);
• моделирование роста льда.

Для кого предназначен DigiTEF?

DigiTEF предназначен для применения на предприятиях ресурсоёмких отраслей промышленности. Использование цифровых моделей позволяет повысить эффективность проектирования, а также снизить стоимость и сложность реализации индустриальных проектов.

Опыт внедрения

DigiTEF используется в ряде проектов в области ветроэнергетики, космонавтики, авиации, металлургии, а также в нефтегазовой отрасли. Открытые версии модулей DigiTEF успешно применяются в академических, образовательных и промышленных учреждениях мира: Institut Pprime (Франция), Korea Atomic Energy Research Institute (Корея), Universität der Bundeswehr München (Германия), Northwestern Polytechnical University (КНР), Embry-Riddle University (США), California Institute of Technology (США), и пр.

Системные требования

ОС Linux. Могут также использоваться другие ОС, которые поддерживают виртуальную машину Oracle VirtualBox (на Microsoft Windows 10 – с применением оболочки Bash). В случае их использования падение производительности не превышает 5%. Требуемая оперативная память – не менее 16 Гб.

DigiTEF поддерживает параллельные вычисления, что существенно ускоряет его работу. Кроме того, поддерживается возможность использования высокопроизводительных систем вычислений (суперкомпьютеров и кластеров) для ускорения расчётов. Проверенное количество вычислительных ядер – до 1536.

Схема работы

С вопросами определения стоимости, приобретения и использования, а также пожеланиями и сообщениями об ошибках просим обращаться по электронной почте unicfd@ispras.ru.

Разработчик/участник