PERMAFROST 3Dpermafrost-engineering.com/wp-content/uploads/2015/09/Permafrost-3... · инженерно-хозяйственной деятельности человека

PERMAFROST 3D

Версия 2.0

Руководство пользователя

ООО «ПермафростИнжиниринг»

PERMAFROST 3D ООО «ПермафростИнжиниринг»

- 2 -

Ярославль 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕРМИНЫ И СОКРАЩЕНИЯ ................................................................................................................................. 3

1. ВВЕДЕНИЕ ......................................................................................................................................................... 4

1.1. Область применения................................................................................................................................ 4

1.2. Краткое описание возможностей ........................................................................................................... 4

1.3. Уровень подготовки пользователя ......................................................................................................... 5

1.4. Перечень эксплуатационной документации ......................................................................................... 5

2. НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ...................................................................................................... 5

2.1. Виды деятельности, функции .................................................................................................................. 5

2.2. Программные и аппаратные требования .............................................................................................. 5

3. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ .................................................................................................................................. 6

3.1. Состав и содержание дистрибутивного носителя данных ................................................................... 6

3.2. Порядок загрузки данных и программ ................................................................................................... 6

3.3. Порядок проверки работоспособности ................................................................................................. 6

4. ОПИСАНИЕ ОПЕРАЦИЙ ................................................................................................................................... 6

4.1. Выпадающее меню «Проект» ................................................................................................................. 9

Операция «Создание проекта» .................................................................................................................. 9

Операция «Загрузка проекта» .................................................................................................................. 10

Операция «Сохранение проекта» ............................................................................................................ 10

4.2. Выпадающее меню «Настройки» ......................................................................................................... 11

Операция «Смена языка интерфейса» .................................................................................................... 11

Операция «Получение информации о системе» .................................................................................... 11

4.3. Вкладка «Грунты и границы» ................................................................................................................ 12

Операция «Определение грунтов» .......................................................................................................... 12

Операция «Определение граничных условий» ...................................................................................... 15

Операция «Определение полостей» ....................................................................................................... 23

4.4. Вкладка «Область определения» ......................................................................................................... 23

Операция «Расположение грунтов» ........................................................................................................ 24

Операция «Расположение полостей» ..................................................................................................... 25

Операция «Расположение граничных условий» .................................................................................... 26

4.5. Вкладка «Моделирование» .................................................................................................................. 27

Операция «Настройка параметров и запуск процесса моделирования» ............................................ 27


- 3 -

5. АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ................................................................................................................................ 30

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ ................................................................................................................ 30

ТЕРМИНЫ И СОКРАЩЕНИЯ

Грунт — горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой

многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом

инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Грунт мерзлый — грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в

своём составе видимые ледяные включения и (или) лёд-цемент и характеризующийся

криогенными структурными связями.

Грунт многолетнемёрзлый (грунт вечномёрзлый) — грунт, находящийся в мёрзлом

состоянии постоянно в течение трёх и более лет.

Грунт охлаждённый — засолённый крупнообломочный, песчаный и глинистый грунты,

отрицательная температура которых выше температуры начала их замерзания.

Задача теплопроводности — задача описания распространение тепла в заданной области

пространства во времени.

Инсоляция — облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией), поток

солнечной радиации на поверхность.

Инфильтрация — проникновение атмосферных и поверхностных вод в почву.

Льдистость грунта — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений

к объёму мёрзлого грунта.

Нагруженный грунт — грунт с дополнительной антропогенной нагрузкой (здания и

сооружения).

Ненагруженный грунт — грунт без дополнительной антропогенной нагрузки.

Незамерзшая вода — содержание в мерзлом грунте воды в жидком фазовом состоянии за счет

адсорбции на поверхности минеральных частиц. Количество незамерзшей воды зависит от типа

грунта и температуры пород. В глинистых грунтах незамерзшая вода присутствует при

температуре ниже минус 50 °С.

Сжимаемость мерзлого грунта — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Скелет грунта — Твердые минеральные частицы, входящие в состав грунта.

Тепловое поле (температурное поле) — распределение температуры в рассматриваемом

пространстве в данный момент времени. Температурное поле, изменяющееся во времени,

является нестационарным, или неустановившимся, а неменяющееся температурное поле –

стационарным или установившимся.


- 4 -

Фазовый переход (фазовое превращение) — переход вещества из одной термодинамической

фазы в другую при изменении внешних условий.

Фазовое пространство (фазовое поле) — пространство, на котором представлено множество

всех фазовых состояний системы. Таким образом, состояние сколь угодно сложной системы в

конкретной точке представляется одним значением, полностью описывающим фазовое

состояние.

1. ВВЕДЕНИЕ

1.1. Область применения

Программная система Permafrost 3D (далее «Система») предназначена для

прогнозирования изменений температурного режима охлажденных и многолетнемерзлых

грунтов в условиях теплового влияния строительных сооружений и окружающей среды, а также

для визуализации распределения температур и распределения агрегатного состояния воды в

грунтовых массивах (визуализация выполнена в отдельном модуле).

Данная программная система реализует математический аппарат моделирования

распространения температурных полей в среде с фазовым переходом (см. подробнее

республиканские строительные нормы РСН 67-87), использует современные научные

достижения в области численных методов и многопоточного программирования. Permafrost 3D

предоставляет удобный и гибкий инструмент для расчетов и прогнозирования процессов

теплопередачи, необходимых на разных этапах проектирования и строительства в зоне

распространения многолетнемёрзлых грунтов.

1.2. Краткое описание возможностей

Система Permafrost 3D обладает следующими возможностями:

прогноз изменений температурного режима вечномерзлых грунтов;

построение расчетной области с задаваемой точностью;

прогноз температурных полей и содержания незамерзшей воды в грунте с учетом фазовых

переходов «лед-вода»;

учёт граничных условий и теплофизических свойств грунта, с учётом кривой замерзания

воды;

хранение свойств грунтов в отдельных файлах для последующей загрузки в рабочую область;

выгрузка данных для визуализации спрогнозированных тепловых полей и поля

распространения незамёрзшей воды;

расчёт просадок ненагруженных грунтов и грунтов с учётом нагрузки (выполнено в модуле

визуализатора).


- 5 -

1.3. Уровень подготовки пользователя

Пользователи Системы Permafrost 3D должны:

обладать навыками работы в операционной системе Windows;

знать предметную область;

знать весь комплекс задач, которые позволяет решать Система;

ознакомиться с основными организационно-распорядительными

документами, регулирующими их работу;

ознакомиться с основными нормативно-правовыми документами в области инженерных

изысканий для строительства (республиканские нормы инженерных изысканий в

строительстве);

ознакомиться с теоретическими основами составления прогноза

изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами;

пройти обучение по работе с Системой.

1.4. Перечень эксплуатационной документации

Перед началом работы с Системой пользователю необходимо ознакомиться со

следующей документацией:

Республиканские нормы инженерных изысканий в строительстве (составление прогноза

изменений температурного режима вечномерзлых грунтов численными методами).

2. НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ

2.1. Виды деятельности, функции

Функции Системы Permafrost 3D и поставляемого с ней модуля визуализации:

Моделирование двухфазной задачи теплопроводности в трёхмерной области.

Визуализация и выгрузка численных значений тепловых и фазовых полей.

Визуализация и выгрузка значений просадок нагруженных и ненагруженных грунтов.

2.2. Программные и аппаратные требования

В таблицах 2.1 и 2.2 перечислены требования к программному и аппаратному обеспечению

АРМ пользователя системы Permafrost 3D.

Таблица 2.1 – Программное окружение АРМ

Компонент Версия

Операционная система WINDOWS 7/8

Таблица 2.2 – Аппаратное окружение АРМ

Компонент Минимальные требования Рекомендуемые требования

Объем оперативной памяти 4 Гб 16 Гб


- 6 -

Процессор 1 ГГц 2 ГГц

Графический адаптер nVidia GeForce 470 4 * GeForce 980

Для решения задачи каждая ячейка области моделирования использует 34 байта

оперативной памяти. Например, область размером 10*10*10 метров с разбиением 0.1 метр по

каждой из осей содержит 1 миллион элементов. Для их сохранения потребуется 34 Мбайт

памяти. В случае решения задачи на CPU (центральном процессоре) используется оперативная

память компьютера, при вычислениях на GPU используется оперативная память ускорителя.

При наличии двух и более ускорителей память считается общей.

Для хранения данных на диске используется 17 байт дискового пространства,

соответственно, для сохранения описанного выше примера потребуется 17 Мбайт.

3. ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

3.1. Состав и содержание дистрибутивного носителя данных

Дистрибутивный носитель данных содержит следующие файлы и папки, необходимые для

корректной работы системы Permafrost 3D:

1. Приложение permafrost_3d.exe

2. Папка permafrost, содержащая файл русификации интерфейса translate.qm

3.2. Порядок загрузки данных и программ

Программа не требует установки и запускается непосредственно из предоставленных

файлов.

Важно! Система не предусматривает размещения системных файлов, а также файлов

проектов в папках с кириллическими названиями.

3.3. Порядок проверки работоспособности

После первого запуска приложения рекомендуется проверить корректную работу

следующих функций приложения:

1. Загрузка/сохранение файлов проектов;

2. Загрузка/сохранение файлов грунтов;

3. Загрузка/сохранение файлов граничных условий;

4. Смена языка интерфейса;

5. Корректность определения количества процессорных потоков и количества GPU; 6.

Выбор рабочей папки для моделирования.

4. ОПИСАНИЕ ОПЕРАЦИЙ

Для удобства взаимодействия пользователя с системой Permafrost 3D служит

графический интерфейс для ввода данных и проведения вычислений в графическом режиме, а

также содержит подразделы, логически объединяющие функционал системы.


- 7 -

Окно графического интерфейса пользователя становится доступным после запуска

программы. Пользовательский интерфейс включает в себя панель меню, выпадающие меню,

вкладки, панели ввода, поля ввода, редактирования и загрузки данных. Вид графического

интерфейса представлен на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Графический интерфейс Системы.

Взаимодействие с системой осуществляется через вкладки в главном окне: «Грунты и

границы», «Область определения», «Моделирование», а также через панель меню.

При запуске программы создается новый проект с пустыми полями, а интерфейс

переключен на вкладку «Грунты и границы», все поля ввода данных заполнены значениями

по умолчанию.

Система Permafrost 3D позволяет пользователю выполнить следующие операции,

приведенные в таблице 4.1:

Таблица 4.1 – Операции системы Permafrost 3D

Подраздел Системы Операция Описание

Проект

Создание проекта В ходе выполнения данных

операций пользователь может

создать, загрузить или сохранить

проект.

Загрузка проекта

Сохранение проекта


- 8 -

Настройки

Смена языка интерфейса

В ходе выполнения данной

операции пользователю

предоставляется возможность

смены языка интерфейса системы.

Получение информации о

программе




получения дополнительной

информации о системе и

разработчиках системы.

Грунты и границы

Определение грунтов




определения теплотехнических

параметров грунтов, необходимых

для определения условий

моделирования проекта.

Определение граничных

условий




определения границ (параметров

граничных условий), необходимых

для определения условий


Определение полостей




определения полостей (параметров

полостей), необходимых для

определения условий


Область определения

Расположение грунтов




расположения грунтов в области


Расположение полостей




расположения полостей в области



- 9 -

Расположение граничных

условий




расположения граничных условий

в области моделирования проекта.

Моделирование

Настройка параметров и

запуск процесса

моделирования




задания общих параметров

моделирования проекта и запуска

процесса моделирования.

4.1. Выпадающее меню «Проект»

В выпадающем меню «Проект» доступны команды создания, загрузки и сохранения

проекта (рисунок 4.2). Все проекты сохраняются в файлы с расширением .json. Каждый проект

содержит полную информацию о расчетной области, расположении горизонтов и

геофизических свойствах грунтов (включая кривую незамёрзшей воды), граничные условия и

другие параметры проекта. После загрузки проекта все его данные заполнят соответствующие

поля.

Рисунок 4.2 – Выпадающее меню «Проект».

Операция «Создание проекта»

Для того чтобы создать новый проект, пользователю необходимо выполнить следующие

действия:

1. В выпадающем меню «Проект» выберете пункт «Новый проект».

Система создаст новый проект, все поля ввода данных будут заполнены значениями по

умолчанию.


- 10 -

Также для выполнения данного действия доступно сочетание горячих клавиш Ctrl+N.

Операция «Загрузка проекта»

Для того чтобы открыть существующий проект, пользователю необходимо выполнить

следующие действия:

1. В выпадающем меню «Проект» выберете пункт «Загрузить».

Система откроет диалоговое окно «Загрузить Проект».

Также для выполнения данного действия доступно сочетание горячих клавиш Ctrl+O.

2. В строке «Поиск» или в списке папок найдите папку, содержащую файл, который

требуется открыть.

Важно! По умолчанию в диалоговом окне «Загрузить Проект» отображаются только

файлы, созданные в системе Permafrost 3D с расширением .json. Данный формат – один из

текстовых форматов данных, принятых в индустрии, и загрузить в Систему можно

любой файл с данным расширением. Однако структура стороннего файла не будет

соответствовать структуре проекта, принятой в Permafrost 3D, и файл не будет

считываться Системой как файл проекта. При загрузке стороннего файла в графическом

интерфейсе не будут отображаться какие-либо изменения.

3. Выделите файл, а затем нажмите кнопку «Открыть».

Система откроет выбранный проект, все поля ввода данных будут заполнены

значениями по умолчанию.

4. Чтобы вернуться в приложение, не загружая проект, нажмите кнопку «Отмена».

Операция «Сохранение проекта»

Для сохранения проекта в выпадающем меню «Проект» существуют два пункта:

«Сохранить» и «Сохранить как…».

Для того чтобы сохранить новый проект, пользователю необходимо выполнить

следующие действия:

1. В выпадающем меню «Проект» выберете пункт «Сохранить» или «Сохранить

как…».

Система откроет диалоговое окно «Сохранить Проект».

Также для выполнения данного действия доступно сочетание горячих клавиш Ctrl+S. 2. В

строке «Поиск» или в списке папок найдите папку, куда необходимо сохранить проект.

3. В строке «Имя файла» введите или выберите имя файла для сохраняемого файла.

4. После определения местоположения сохраняемого файла и его имени нажмите

кнопку «Сохранить», чтобы сохранить проект. Система сохранит текущий проект в

формате .json.


- 11 -

5. Чтобы вернуться в приложение, не сохраняя проект, нажмите кнопку «Отмена».

Для сохранения дальнейших изменений в проекте необходимо выбрать пункт

«Сохранить» в выпадающем меню «Проект» или воспользоваться сочетанием клавиш

Ctrl+S.

Для сохранения проекта под другим названием необходимо выбрать пункт

«Сохранить как…» в выпадающем меню «Проект» и выполнить действия, описанные выше

(пункты 2-5).

4.2. Выпадающее меню «Настройки»

Операция «Смена языка интерфейса»

Для того чтобы изменить язык интерфейса системы, пользователю необходимо

выполнить следующие действия:

1. В выпадающем меню «Настройки» выберете пункт «Язык».

2. В выпадающем меню «Язык» выберете нужный язык. Например, «Английский»

(рисунок 4.3).

Рисунок 4.3 – Меню «Язык».

Система автоматически изменит язык интерфейса на выбранный пользователем язык.

Операция «Получение информации о системе»

Для того чтобы получить информацию о системе Permafrost 3D, пользователю

необходимо выполнить следующие действия:

1. В выпадающем меню «Настройки» выберете пункт «О программе».


- 12 -

Система откроет информационное окно «О программе», которое содержит

информацию о системе и разработчике системы Permafrost 3D.

4.3. Вкладка «Грунты и границы»

Операция «Определение грунтов»

Система Permafrost 3D рассматривает грунт как совокупность его теплофизических и

гидрологических параметров, определенных по ГОСТ 25100-2011.

В таблице 4.2 приведено описание полей и значений для введения параметров грунта.

Таблица 4.2 – Описание параметров грунта

Поле Описание

Название

Название грунта, желательно использовать латинскую

транслитерацию названий, задается пользователем по

собственному усмотрению.

Теплопроводность мерзлого Теплопроводности грунта в мерзлом состоянии. Единицы

измерения: Вт/(м · оC), значение по умолчанию "0".

Теплопроводность талого Теплопроводность грунта в талом состоянии. Единицы

измерения: Вт/(м · оC), значение по умолчанию "0".

Теплоемкость мерзлого Удельная теплоемкость мерзлого грунта. Единицы

измерения: кДж/(м3 · K), значение по умолчанию "0".

Теплоемкость талого Удельная теплоемкость талого грунта. Единицы

измерения: кДж/(м3 · K), значение по умолчанию "0".

Плотность сухого Плотность сухого грунта. Единицы измерения: кг/м3,

значение по умолчанию "0".

Водосодержание (влажность)

Процентное содержание воды в грунте, или весовая

влажность. Задается в долях единицы как отношение массы воды к массе скелета (сухой части) грунта.

Безразмерная величина, значение по умолчанию "0".

Точка фазового перехода Температура начала фазового перехода. Единицы

измерения: оC. Значение по умолчанию"0".


- 13 -

Кривая незамерзшей воды

Количественная связь незамерзшей воды и текущей

температуры, задаётся таблицей. Первая строка -

значения температур; вторая строка - процентное

содержание воды в грунте при указанной температуре.

Чтобы добавить в таблицу новую точку, нужно нажать

кнопку «Добавить точку», для удаления последней

самой (правой) точки служит кнопка «Удалить

последнюю точку». Для соблюдения корректности

вычислений кривая незамерзшей воды должна содержать

хотя бы два значения (две точки).

Плотность Собственная плотность грунта. Единицы измерения: кг/м3.

Значение по умолчанию "0".

Льдистость

Отношение содержащегося в грунте объёма видимых

ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Единицы

измерения: доли единицы. Значение по умолчанию "0".

Коэффициент сжимаемости Относительная деформация грунта под нагрузкой.

Единицы измерения: Па-1. Значение по умолчанию "0".

Система осуществляет контроль ввода значений параметров грунта.

Для корректности вычислений Системы каждый Проект должен содержать параметры

одного или более грунтов. Добавление новых грунтов производится через вкладку «Грунты и

границы», раздел «Грунты». Чтобы добавить полость к Проекту, нажмите кнопку

«Добавить».

В поле «Название» пользователь может ввести название граничных условий. По

умолчанию граничным условиям присваиваются названия Грунт 1, 2, …

Параметры любого грунта можно сохранять для дальнейшего использования и ведения

собственной библиотеки грунтов, загружать в новые проекты для повторного моделирования

или удалить с использованием кнопок «Сохранить», «Загрузить», «Удалить» (рисунок 4.4).


- 14 -

Рисунок 4.4 – Графический интерфейс рабочей области «Грунты».

Сохранение грунта

Кнопка «Сохранить» вызывает диалоговое окно «Сохранить грунт» для сохранения

грунта со всем набором значений теплофизических параметров в виде отдельного файла с

расширением .soil:

1. В открывшемся диалоговом окне определите местоположение сохраняемого файла.

2. В строке «Имя файла» введите или выберете имя файла.

3. Нажмите кнопку «Сохранить».

Система сохранит параметры грунта в файл с расширением .soil.


- 15 -

4. Чтобы вернуться в приложение, не сохраняя грунт, нажмите кнопку «Отмена».

Загрузка грунта

Кнопка «Загрузить» вызывает диалоговое окно «Загрузить грунт» для загрузки

существующего грунта со всем набором значений теплофизических параметров в виде

отдельного файла с расширением .soil.

1. В открывшемся диалоговом окне выберете необходимый файл.

2. Нажмите кнопку «Открыть».

Система загрузит в Проект выбранный грунт.

3. Чтобы вернуться в приложение, не загружая грунт, нажмите кнопку «Отмена».

Удаление грунта

Кнопка «Удалить» позволяет полностью удалить соответствующий грунт из Проекта за

исключением самого первого (грунта по умолчанию), но не удаляет файл грунта с диска

Операция «Определение граничных условий»

Граничные условия задаются на каждой границе области моделирования на все время

расчета температурного поля. Также граничные условия могут быть присвоены внутренним

блокам на все время расчета температурного поля. Данное присвоение осуществляется с

помощью создания полостей, привязки к ним граничных условий и расположении полостей

внутри области моделирования. Однако следует учитывать, что полости не могут быть нулевой

размерности.

Количественные характеристики и расположение граничных условий зависит от

постановки задачи и учитывает естественный теплообмен на поверхности грунта

(откорректированный после адаптации), а также теплообмен на участках размещения

инженерных сооружений и прилегающих к ним территориях.

Каждый новый проект в системе Permafrost 3D имеет первое граничное условие,

заполненное значениями по умолчанию.

Добавление новых граничных условий производится через вкладку «Грунты и

границы», раздел «Границы». Чтобы добавить новое граничное условие к Проекту, нажмите

кнопку «Добавить».

В поле «Граница» пользователь может ввести название граничных условий. По

умолчанию граничным условиям присваиваются названия Граница 1, 2, …

Граничные условия можно сохранять для дальнейшего использования и вновь загружать

в область моделирования или удалить с использованием кнопок «Сохранить», «Загрузить»,

«Удалить».

Сохранение границы

Кнопка «Сохранить» вызывает диалоговое окно «Сохранить границу» для сохранения

граничных условий со всем набором значений теплофизических параметров в виде отдельного

файла с расширением .bnd:


- 16 -

1. В открывшемся диалоговом окне определите местоположение сохраняемого файла.

2. В строке «Имя файла» введите или выберете имя файла.

3. Нажмите кнопку «Сохранить».

Система сохранит параметры граничных условий в файл с расширением .bnd.

4. Чтобы вернуться в приложение, не сохраняя границу, нажмите кнопку «Отмена».

Загрузка границы

Кнопка «Загрузить» вызывает диалоговое окно «Загрузить границу» для загрузки

существующих граничных условий со всем набором значений теплофизических параметров в

виде отдельного файла с расширением .bnd.

1. В открывшемся диалоговом окне выберете необходимый файл.

2. Нажмите кнопку «Открыть».

Система загрузит в Проект выбранную границу.

3. Чтобы вернуться в приложение, не загружая границу, нажмите кнопку «Отмена».

Удаление границы

Кнопка «Удалить» позволяет полностью удалить соответствующие граничные условия

из Проекта, но не удаляет файл граничного условия с диска.

В системе Permafrost 3D реализована обработка всех трёх типов граничных условий

(первого, второго и третьего рода). При добавлении новых граничных условий и

редактирования граничного условия по умолчанию важно выбрать правильный тип граничного

условия (рисунок 4.5).


- 17 -

Рисунок 4.5 – Выбор типа граничных условий.

Граничные условия Первого рода

Граничные условия I рода – температура на границе грунтового массива. Значения

вводятся, как показано на рисунке 4.6.


- 18 -

Рисунок 4.6 – Параметры граничных условий I рода.

В таблицу «Температура по месяцам» вводятся значения средней температуры по

месяцам, единицы измерения - градусы Цельсия, значение по умолчанию "0".

Граничные условия Второго рода

Граничные условия II рода – плотность теплового потока через поверхность (рисунок

4.7).

Рисунок 4.7 – Параметры граничных условий II рода.


- 19 -

В таблице «Плотность теплопотока» вводятся средние значения по месяцам, единицы

измерения – кДж/( м2 · с), значение по умолчанию "0".

Граничные условия Третьего рода

Граничные условия III рода – теплообмен по закону Ньютона, определяется

температурой, термическим сопротивлением окружающей среды и коэффициентом общего

теплообмена (рисунок 4.8).

Рисунок 4.8 – Параметры граничных условий III рода при Антропогенном типе воздействия.

При выборе пункта «Anthropogenic» – антропогенный тип воздействия, данные

вводятся по месяцам в следующие таблицы (как показано на рисунке 4.8):


- 20 -

1. «Температура по месяцам», единицы измерения – градусы Цельсия, значение

по умолчанию "0".

2. «Термическое сопротивление» поверхности, единицы измерения – (м2 · 0C)/Вт

3. «Коэффициент теплообмена (alpha)», единицы измерения – Вт/(м2 · 0C).

Рисунок 4.9 – Параметры граничных условий III рода при Натуральном типе воздействия.

При выборе пункта «Natural» – натуральный тип воздействия, данные вводятся по

месяцам в следующие таблицы (как показано на рисунке 4.9):


- 21 -

1. «Температура по месяцам», единицы измерения – градусы Цельсия, значение

по умолчанию "0".

В выпадающем списке выберете «Первый месяц лета» (первый месяц года без

устойчивого снежного покрова) и «Первый месяц зимы» (первый месяц года с

устойчивым снежным покровом).

2. «Средняя плотность снега» по месяцам, единицы измерения – кг/м3.

3. «Высота снежного покрова» по месяцам, единицы измерения – м.

Если в расчетах необходимо учитывать поправку на инсоляцию или поправку на

инфильтрацию атмосферных осадков, то необходимо поставить галочки напротив

соответствующих пунктов «Учитывать поправку температуры на инсоляцию» и

«Поправка на инфильтрацию атмосферных осадков». При этом пользователю необходимо

будет ввести дополнительные параметры, определяющие граничные условия (рисунок 4.10).


- 22 -

Рисунок 4.10 – Параметры граничных условий III рода (Natural) при поправках на инсоляцию и

инфильтрацию атмосферных осадков.

При выборе пункта «Учитывать поправку на инсоляцию» пользователю необходимо

определить следующие параметры:

1. «Широта» – географическая координата области моделирования в градусах.

2. «Альбедо» – характеристика отражательной способности поверхности,

безразмерная величина.

В случае если область моделирования является склоном насыпи, то необходимо

выбрать соответствующий пункт «Склон насыпи» и выбрать географическую

ориентацию склона – Север, Юг, Запад/Восток.


- 23 -

3. Таблица «Скорость ветра по месяцам» по месяцам, единицы измерения – м/с.

При выборе пункта «Поправка на инфильтрацию атмосферных осадков»

пользователю необходимо заполнить значения по месяцам в соответствующей таблице.

Единицы измерения – 0С.

Операция «Определение полостей»

Система Perrmafrost 3D предусматривает наличие полостей в грунте области

моделирования. Каждый проект в системе Permafrost 3D может иметь ноль или более полостей.

Следует учитывать, что полости не могут быть нулевой размерности.

Добавление новых граничных условий производится через вкладку «Грунты и

границы», раздел «Полости». Чтобы добавить полость к Проекту, нажмите кнопку


В первом поле раздела «Полость» пользователь может ввести название Полости. По

умолчанию полостям присваиваются названия Cavern 1, 2, …

При наличии полостей в задаче моделирования пользователь должен определить

граничные условия для каждой полости по трем координатным осям (x, y, z) и, соответственно,

шести граничным плоскостям. Для этого из выпадающего списка заданных в проекте

граничных условий необходимо выбрать условия, соответствующие каждой границе Полости

(рисунок 4.11).

Рисунок 4.11 – Определение границ Полости.

Заданную Полость можно удалить из области моделирования. Для этого нужно нажать

кнопку «Delete», соответствующую выбранной для удаления Полости.

4.4. Вкладка «Область определения»

Вкладка «Область определения» предназначена для определения параметров области

моделирования. Здесь задается размер области моделирования (в метрах), шаг расчетной сетки

в каждом направлении (в метрах), а также расположение в области моделирования грунтов,

полостей и граничных условий (рисунок 4.12).


- 24 -

Рисунок 4.12 – Вкладка «Область определения».

Новая область моделирования заполняется первым грунтом (грунтом по умолчанию)

полностью. Каждый новый грунт заполняет область моделирования так, что его объём

вычитается из всех предыдущих.

Пользователь может изменить значение поля «Грунт по умолчанию», выбрав

необходимый грунт из выпадающего списка заданных в Проекте грунтов.

В поле «Температура по умолчанию» пользователь может задать значение

температуры грунта по умолчанию.

В поля раздела «Размеры» пользователь может задать размеры области моделирования

по осям x, y, z соответственно, единицы измерения – метры. Значения по умолчанию – "10.0".

Десятичная дробь отделяется точкой.

В поля раздела «Максимальный шаг сетки» пользователь может задать максимальную

величину шага по осям x, y, z соответственно, единицы измерения – метры. Используется для

построения расчетной области. Значения по умолчанию – "1.0". Десятичная дробь отделяется

точкой.

Операция «Расположение грунтов»

Во вкладке «Расположение грунтов», относящейся к вкладке «Область определения»,

пользователь может последовательно расположить в области моделирования все горизонты

грунтов и их координаты (рисунок 4.13):

1. Для добавления новой области грунта нажмите кнопку «Добавить».

2. В поле «Грунт» выберете необходимый грунт, который заполнит данную

область.


- 25 -

3. В поле «Температура» введите значение температуры грунта данной области

(0C).

4. В двойные поля «x», «y», «z» введите соответственно координаты (размеры)

области по осям x, y, z.

5. Для удаления данного горизонта грунтов из области моделирования нажмите

соответствующую кнопку «Удалить».

Рисунок 4.13 – Вкладка «Расположение грунтов».

Операция «Расположение полостей»

Во вкладке «Расположение полостей», относящейся к вкладке «Область

определения», пользователь может последовательно расположить в области моделирования

все заданные в Проекте полости и их координаты (рисунок 4.14):

1. Для добавления новой Полости в область моделирования нажмите кнопку


2. В поле «Полость» выберете необходимую Полость из выпадающего списка

заданных в Проекте полостей.


Полости по осям x, y, z.

4. Для удаления данной Полости из области моделирования нажмите



- 26 -

Рисунок 4.14 – Вкладка «Расположение полостей».

Операция «Расположение граничных условий»

Во вкладке «Расположение границ», относящейся к вкладке «Область определения»,

пользователь может последовательно расположить в области моделирования все граничные

условия и их координаты (рисунок 4.13):

1. Для добавления новой границы в область моделирования нажмите кнопку


2. В поле «Граница» выберете необходимую Границу из выпадающего списка

заданных в Проекте границ.

3. В поле «Сторона» выберете необходимую сторону области моделирования,

которая взаимодействует с данным граничным условием. Например, при выборе

yStart мы располагаем границу у минимальных значений координаты y и

настраиваем её расположение в плоскости x0z.


области граничных условий по осям x, y, z.

5. Для удаления данной границы из области моделирования нажмите


Рисунок 4.15 – Вкладка «Расположение границ».


- 27 -

4.5. Вкладка «Моделирование»

Вкладка «Моделирование» содержит поля для ввода параметров моделирования, а

также дополнительную информацию о процессе моделирования и кнопку запуска

моделирования (рисунок 4.16).

Операция «Настройка параметров и запуск процесса моделирования»

Для запуска процесса моделирования пользователь должен заполнить соответствующие

поля значениями параметров моделирования. Некоторые поля содержат значения по

умолчанию. Некоторые поля содержат автоматически сформированные системой значения,

другие поля могут быть изменены пользователем. Таблица 4.3 – Общие настройки процесса

моделирования

Поле Описание

Название проекта Название проекта. Рекомендуется писать названия в латинской

транскрипции.

Начало моделирования

Дата начала расчета. Задается в формате дд.мм.гггг. Дату также

можно выбрать, воспользовавшись выпадающим календарем.

Значение по умолчанию равно 02.01.2000.

Конец моделирования Дата окончания расчета. Задается в формате дд.мм.гггг. Дату

также можно выбрать, воспользовавшись выпадающим

календарем. Значение по умолчанию равно 01.01.2001.

Шаг по времени

Шаг временных срезов, вычисляется автоматически. Зависит от

величины минимального шага сетки, сохраняется в файле

проекта. По желанию пользователя шаг может быть уменьшен для

повышения точности. Значение по умолчанию равно "1".

Сохранений/мес

Количество сохранений результатов расчетов в месяц. Пример: для получения 10 сохранений в месяц, поставить значение "0.1".

Значение по умолчанию равно "1".


- 28 -

Рисунок 4.16 – Вкладка «Моделирование».

На вкладке также указывается количество доступных потоков процессора –

«Количество процессорных нитей», и количество графических модулей, подходящих для

ускорения вычислений – «Количество GPU».

Флажок «Использовать CUDA» переведет все вычисления с центрального процессора

на графический ускоритель, если он доступен.

В поле «Рабочая папка» нужно указать путь для сохранения результатов

моделирования. Укажите путь вручную или воспользуйтесь поиском необходимой папки:

1. Нажмите кнопку «Выбрать рабочую папку».

Откроется диалоговое окно «Выбрать рабочую папку».

2. Найдите необходимую папку и нажмите кнопку «Выбор папки».

3. Для выхода из диалогового окна нажмите «Отмена».

Ниже расположена кнопка «Начать» и полоса прогресса. При нажатии кнопки

запускается процесс моделирования.


- 29 -

Результатом работы программы станут файлы формата .bin – тепловые и фазовые поля

в области определения и .dom – область определения, которые начнут появляться в рабочей

папке в процессе вычислений.

Дальнейшая работа с результатами вычислений подразумевает выгрузку данных из

файлов .bin в текстовый формат .txt. Для этого нужно использовать систему Permafrost 3D

Viewer.


- 30 -

5. АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ

В случае возникновения недокументированного или ошибочного поведения системы

Permafrost 3D необходимо обращаться к ответственному Администратору Системы.

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОСВОЕНИЮ

Перед началом работы с Системой рекомендуется ознакомиться с данным руководством,

а также с контрольными примерами расчетов, выполненных с помощью Системы.

Documents

PERMAFROST 3Dpermafrost-engineering.com/wp-content/uploads/2015/09/Permafrost-3... · инженерно-хозяйственной деятельности человека