Алгоритм и моделирование процесса теплопроводности для проектирования тонкого многослойного технического устройства

Александр Айриянa, Ян Буша мл.б,д, Евгений Донецв, Овик Григоряна,г, Ян Прибыша,д.

а) Лаборатория информационных технологий, ОИЯИ, Дубна, Россия
б) Институт физики, Академия Синика, Нанканг, Тайбэй, Тайвань
в) Лаборатория физики высоких энергий им. В.И. Векслера и А.М. Балдина, ОИЯИ, Дубна, Россия
г) Факультет теоретической физики, Ереванский государственный университет, Ереван, Армения
д) Факультет математики и теоретической информатики, ТУ Кошице, Кошице, Словакия

В работе рассматривается модель многослойного цилиндрического устройства с нетривиальной расчетной областью и нелинейными термодинамическими свойствами материалов при криогенных температурах. Данная модель описывает так называемую криогенную ячейку, предназначенную для импульсной подачи рабочих газов в камеру источника многозарядных ионов. Основным требованием к режиму работы криогенной ячейки является периодическое открытие и закрытие створок для инъекций газообразного вещества в миллисекундном диапазоне. Модельно реализована предложенная ранее идея температурных створок, когда закрытие «створок» обеспечивается путем замораживания газообразного вещества на внешней поверхности ячейки, а открытие «створок» — путем нагрева поверхности ячейки до необходимого значения температуры, обеспечивающего требуемое давление испаренного вещества на поверхности ячейки. Поверхность нагревается путем пропускания импульсного электрического тока через один из проводящих слоев ячейки. Для моделирования эволюции процесса теплопроводности с периодическим по времени источником разработаны алгоритм, которые реализованы на языке OpenCL для проведения расчетов на графических процессорных устройствах. Алгоритмы дают возможность для дальнейшей оптимизации проектирования криогенной ячейки. Расчеты проводилась на гетерогенном кластере HybriLIT.

Alexander Ayriyan, Jan Busa Jr., Eugeny E. Donets, Hovik Grigorian, Jan Pribis. Algorithm and simulation of heat conduction process for design of a thin multilayer technical device // Applied Thermal Engineering (2016), vol. 94, pp. 151–158, doi:10.1016/j.applthermaleng.2015.10.095