Опыт использования СПО OpenFOAM для обучения основам вычислительной гидродинамики в СПбПУ (Александр Смирновский, OSEDUCONF-2023) — различия между версиями

;{{SpeakerInfo}}: {{Speaker|Александр Смирновский}}
<blockquote>
В докладе представляются основные принципы построения программы обучения студентов бакалавриата Физико-механического института СПб политехнического университета по направлению «Прикладные математика и физика» основам вычислительной гидродинамики с использованием СПО, в частности, пакета OpenFOAM. Рассказывается о достоинствах и выявленных недостатках использования СПО в обучении применительно к описываемому курсу, разрабатываемому в течение более пяти лет.
</blockquote>

{{VideoSection}}

{{vimeoembed|906181322|800|450}}
{{youtubelink|}}
|pXJD40NdZT8}}
{{SlidesSection}}
[[File:Опыт использования СПО OpenFOAM для обучения основам вычислительной гидродинамики в СПбПУ (Александр Смирновский, OSEDUCONF-2023).pdf|left|page=-|300px]]

{{----}}

== Thesis ==
В течение нескольких лет в Высшей школе прикладной математики и вычислительной физики Физико-механического института
СПбПУ в рамках курса «Исследовательские проекты в области механики сплошных сред» для последнего года бакалавриата
проводятся практические занятия по основам вычислительной гидродинамики с использование свободного программного
обеспечения OpenFOAM<ref name="OF1998"> Weller H.G., Tabor G., Jasak H., Fureby C. A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques // Computer in Fluids, 1998, V.12, N.6, P.620-631.</ref>. 

Пакет OpenFOAM широко используется в мире как для проведения
научно-исследовательских работ с использованием методов вычислительной гидродинамики (Computational Fluid Dynamics,
CFD), так и в промышленности при решении практических задач, связанных с движением жидкости и газа.

OpenFOAM  —  это открытая интегрируемая платформа для численного решения уравнений в частных производных методом
конечного объёма. Изначально OpenFOAM создавался как инструмент для решения задач вычислительной гидродинамики, однако
с течением времени благодаря гибкости используемой платформы и открытости исходного кода в нём появилась возможность
решать множество других физических задач. 

Основное преимущество OpenFOAM перед коммерческими программными продуктами, предназначенными для решения задач CFD,
является его открытость и доступность: пакет OpenFOAM распространяется под лицензией GPLv3. Одним из недостатков пакета
является отсутствие пользовательской графической оболочки, вся работа с пакетом осуществляется при помощи
редактирования управляющих файлов, а также при помощи сторонних программ (например, для визуализации результатов
расчёта используется [https://www.paraview.org пакет ParaView], распространяющимся под лицензией BSD); следует отметить, что также
имеются коммерческие графические оболочки для взаимодействия с OpenFOAM. В настоящее время имеется две независимые
ветки кода OpenFOAM, которые развиваются разными организациями: ветка, условно называемая OpenFOAM.org, развивающаяся
под эгидой некоммерческой организации OpenFOAM Foundation, и ветка, условно называемая OpenFOAM.com, которая
развивается коммерческой компанией OpenCFD Ltd.

Для студентов бакалавриата, обучающихся вычислительной гидродинамике, курс с использованием пакета OpenFOAM является
дополнительным; они также изучают другие программные пакеты, в т.ч. коммерческие [https://www.ansys.com/products/fluids/ansys-fluent пакет ANSYS Fluent].
Поэтому в курсе, посвящённому изучению OpenFOAM, даются только базовые аспекты использования пакета. В связи с тем,
что, к сожалению, в Политехническом университете в основном используется ОС Windows, для удобства использования пакета
OpenFOAM, который зачастую применяется в ОС на базе ядра Linux, для студентов подготовлена виртуальная машина
VirtualBox с предустановленным дистрибутивом Lubuntu 19.04, OpenFOAM версии 7 и пакетом ParaView. Как показала
практика, у студентов в основном не возникает проблем с использованием виртуальной имашины, а единая заранее
подготовленная среда рабочего окружения позволяет существенно сократить время выявления и решения возникающих в
процессе работы с OpenFOAM проблем и затруднений.

В рамках курса по OpenFOAM студенты изучают основные возможности пакета и выполняют несколько компьютерных лабораторных
работ, посвящённых простейшим задачам вычислительной гидродинамики, таким как: плоское течение Пуазейля,
конвективно-диффузионный перенос скаляра, свободноконвективное течение в квадратной каверне с разнонагретыми стенками и
др. Поскольку в пакете OpenFOAM имеется возможность распараллеливания вычисления для расчёта трудоёмких задач, одна из
лабораторных работ посвящена вопросу подготовки, запуска и тестирования работы OpenFOAM в параллельном режиме. Для этих
целей на имеющимся в распоряжении Высшей школы кластере под управлением ОС CentOS выделена виртуальная машина для
студентов, позволяющая проводить расчёты в параллельном режиме.

Ознакомиться со списком лабораторных работ и структурой курса, проведённого в 2021-2022 уч.году, можно по [https://drive.google.com/drive/folders/1hQd8GHN564AQuHEfCxlBEpBBWOcmomSl ссылке].


{{----}}
[[File:{{#setmainimage:Опыт использования СПО OpenFOAM для обучения основам вычислительной гидродинамики в СПбПУ (Александр Смирновский, OSEDUCONF-2023)!.jpg}}|center|640px]]
{{LinksSection}}
<!-- <blockquote>[©]</blockquote> -->

<references/>

[[Категория:OSEDUCONF-2023]]
[[Категория:Draft]]
[[Категория:СПО в образовании]]