Frost 3D – программный комплекс для теплотехнических расчетов многолетнемерзлых грунтов

Программный комплекс Frost 3D позволяет получать научно-обоснованные прогнозы тепловых режимов многолетнемерзлых грунтов в условиях теплового влияния трубопроводов, добывающих скважин, гидротехнических и других сооружений с учетом термостабилизации грунта. Программный комплекс разработан на основе десятилетнего опыта компании Simmakers в области программирования, вычислительной геометрии, численных методов, трехмерной визуализации и распараллеливании вычислительных алгоритмов.

Frost 3D сертифицирован в Российской Федерации и соответствует стандартам:

РСН 67-87
СП 36.13330.2012
СП 25.13330.2012
СП 11-105-97
СП 50.13330.2012
СП 23-101-2004
СП 61.13330.2012
СТО Газпром 2-2.1-435-2010

Системные требования

OS: Windows 7, 8, 10

CPU: Intel серии i7 (выпуска после 2011г.)

RAM: от 4 Гб

Video: NVIDIA GeForce 400+ серии, видеопамять от 512 Мб

HDD: 500 Мб свободного места

Доступ в интернет

Расчеты на многомиллионных сетках можно выполнять на обычных персональных компьютерах!

Численные методы программы верифицированы по точным аналитическим решениям и экспериментальным данным

Принцип работы с программой

1. Создание расчетной области и задание начальных и граничных условий.

2. Построение расчетной сетки

3. Работа с базой данных материалов, физических свойств и условий теплообмена

4. Анализ трехмерного распределения температур, льдистости, фильтрационных потоков в 3D

5. Анализ результатов в сечении

Видео о работе в программе Frost 3D

Презентация программы Frost 3D 16.10.2014

Математические модели программы Frost 3D

Основные функциональные возможности Frost 3D:

создание трехмерной геометрии расчетной области с учетом рельефа поверхности и геолого-литологического строения грунтов;
создание трехмерной геометрии трубопроводов, добывающих скважин, оснований и фундаментов сооружений;
импорт трехмерной геометрий объектов в форматах Wavefront (OBJ), StereoLitho (STL), 3D Studio Max (3DS) и Frost 3D Objects (F3O);
ведение базы данных теплофизических свойств грунтов, материалов строительных объектов, климатических факторов и параметров охлаждающих устройств;
задание теплофизических и гидрологических свойств для трехмерных геометрических объектов, и условий теплообмена на поверхностях объектов;
расчет распределения температур и содержания незамерзшей воды в расчетной области с учетом фазовых превращений и конвективного переноса тепла;
расчет фильтрации грунтовых вод;
визуализация тепловых полей, содержания незамерзшей влаги и скорости фильтрации в трехмерном пространстве в динамике;
возможность визуализации тепловых полей и содержания незамерзшей влаги в сечении цветовым распределением и изолиниями;
возможность построения графических зависимостей изменения температуры и содержания незамерзшей влаги от координаты или времени.

Исходные данные для выполнения теплотехнических расчетов в программе Frost 3D:

1) Данные для построения трехмерной геометрической модели рассматриваемой области моделирования:

а) инженерно-геологическое строение грунтов;

б) чертеж строительных объектов и расположение теплоизоляционных материалов.

2) Теплофизические свойства грунтов: теплопроводность и объемная теплоемкость в талом и мерзлом состоянии, плотность, температура начала фазового превращения, суммарное влагосодержание, зависимость содержания влагосодержания от температуры.

3) Теплопроводность, теплоемкость и плотность строительных материалов, включая теплоизоляционные материалы.

4) Вертикальное распределение температуры в грунте на начало прогноза (данные по термометрической скважине).

5) Метеорологические данные: изменение температуры воздуха, скорости ветра на поверхности, изменение толщины снежного покрова во времени (если необходимо учесть влияние толщины снежного покрова).

Трехмерная модель расчетной области

Распределение температуры (срез плоскостью y=0)

Распределение температуры (срез плоскостью y=0) в виде изолиний

Влагосодержание (срез плоскостью y=0)

Преимущества Frost 3D:

в основу положены современные научные достижения в области численных методов и математического моделирования процессов тепломассопереноса;
вычислительные алгоритмы программы Frost 3D распараллелены под многоядерную 64-х разрядную архитектуру CPU и GPU, что позволило увеличить скорость расчета в десятки раз по сравнению с последовательными вычислительными алгоритмами;
является уникальным программным решением, учитывающим особенности процесса термостабилизации вечномерзлых грунтов с помощью охлаждающих устройств;
позволяет производить долгосрочное прогнозирование растепления многолетнемерзлых грунтов больших расчетных областей (километры);
учитывает влияние динамики изменения толщины снежного покрова и интенсивности солнечной радиации на температурный режим грунтов;
возможность изменения теплофизических свойств и условий теплообмена в процессе расчета;
расчет фильтрации грунтовых вод;
учитывает конвективный перенос тепла за счет фильтрации грунтовых вод;

Программный комплекс Frost 3D существует в нескольких версиях:

Версия программы Frost 3D	Описание функциональных возможностей версии

64 бита, одноядерная CPU	Максимальное количество элементов расчетной сетки до 5 млн. узлов. Необходимый объем оперативной памяти для максимальной расчетной сетки 5 ГБ + 3 ГБ для основного приложения. Расчет будет выполняться на одном ядре центрального процессора.

64 бита, многоядерная CPU	Максимальное количество элементов расчетной сетки до 20 млн. узлов. Необходимый объем оперативной памяти для 20 млн. расчетной сетки 16 ГБ + 10 ГБ для основного приложения. Ускорение до 8x^* (в зависимости от количества ядер в центральном процессоре) по сравнению с одноядерной CPU версией.

64 бита, многоядерная CPU Unlimited	Максимальное количество элементов расчетной сетки неограниченно. Необходимый объем оперативной памяти 64ГБ для 100 млн. расчетной сетки. Рекомендуемый объем оперативной памяти видеоадаптера 12 ГБ. Ускорение до 8x^* (в зависимости от количества ядер в центральном процессоре) по сравнению с одноядерной CPU версией.

64 бита, многоядерная GPU	Максимальное количество элементов расчетной сетки до 100 млн. узлов на видеокартах с объёмом видеопамяти 12 ГБ. Протестированное количество элементов расчетной сетки — 58 млн. узлов (//blog.simmakers-ru.loc/truboprovod-merzlii-grunt/). Ускорение до 46x^* по сравнению с одноядерной CPU версией.

Модуль расчета фильтрации	Необходим для расчета грунтов с высокими скоростями фильтрации (дамбы, плотины, сложные гидрологические условия). Модуль учитывает конвективный теплообмен грунтовыми водами. Актуальность применения модуля рассмотрена на странице: //blog.simmakers-ru.loc/konvektivnii-perenos-tepla-filtratsiei/

^*при оптимальных параметрах для численного решателя. К таким параметрам относятся: кратность сетки количеству вычислительных ядер, равномерность сетки, однотипность теплофизических свойств материалов и количество граничных условий.