俄羅斯科學(xué)家研究出一種高精度的計(jì)算技術(shù)

俄羅斯科學(xué)院發(fā)布消息稱，俄科院信息學(xué)與控制聯(lián)邦研究中心下屬的A.A.多羅德尼齊計(jì)算中心研發(fā)了一種新的高精度計(jì)算技術(shù)，該技術(shù)可以用來解決空氣動(dòng)力學(xué)和其它應(yīng)用問題，比如，發(fā)動(dòng)機(jī)降噪。這項(xiàng)研究得到了俄羅斯科學(xué)基金會(huì)的資助，研究成果已發(fā)表在荷蘭《MathematicsandComputersinSimulation》雜志上。

空氣流體動(dòng)力學(xué)是關(guān)于液體和氣體運(yùn)動(dòng)的科學(xué)，它是研究壁腔里物體受到液態(tài)流或氣態(tài)流的繞流問題以及氣體流動(dòng)的問題。為了用計(jì)算機(jī)和超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬空氣流體動(dòng)力學(xué)的過程，俄科學(xué)家研究出多算子方法。當(dāng)電子計(jì)算機(jī)對(duì)物理過程進(jìn)行數(shù)值模擬時(shí)，描述這些過程的方程用代數(shù)方程代替，物理過程被簡化為完成算術(shù)運(yùn)算。計(jì)算結(jié)果就是該過程在研究區(qū)域給定點(diǎn)上的參數(shù)值。代數(shù)方程可以用算子編寫。算子是按公式進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的符號(hào)表示。這些公式規(guī)定了需要執(zhí)行哪些算術(shù)運(yùn)算，公式的精度最終確定了所得解的精度。數(shù)學(xué)上精度的特點(diǎn)是“數(shù)量級(jí)”，當(dāng)該區(qū)域給定點(diǎn)的數(shù)目增加時(shí)，這些數(shù)量級(jí)能快速地減少得數(shù)的誤差。因此，當(dāng)點(diǎn)的數(shù)目確定時(shí)，數(shù)量級(jí)數(shù)越多精度就越高。提高數(shù)值模擬的精度是現(xiàn)代計(jì)算空氣流體動(dòng)力學(xué)發(fā)展的重點(diǎn)方向之一。 提高數(shù)量級(jí)的傳統(tǒng)方法是對(duì)求得算子的公式復(fù)雜化，但解決實(shí)際問題會(huì)存在一定的困難和局限性。用多算子方法提高數(shù)量級(jí)是采用了眾多算子的組合，這些算子由結(jié)構(gòu)非常簡單的同一公式求得，但一些參數(shù)的值不同，這些組合稱為多算子。因此，算子越多，所得到的數(shù)量級(jí)就容易更高。該中心研發(fā)的多算子保證了非常高的數(shù)值模擬精度。此外，在物理過程數(shù)值模擬時(shí)，因選擇了最佳的參數(shù)值，采用多算子可以更好地“看到”物理過程在很長一段時(shí)間內(nèi)的細(xì)節(jié)及其發(fā)展。

他們開發(fā)的這種全新的計(jì)算技術(shù)即多算子方法對(duì)各種物理過程進(jìn)行數(shù)值模擬的精度比用原有的數(shù)值方法要高得多。這種方法在國際上屬于首創(chuàng)，已用來解決空氣流體動(dòng)力學(xué)問題和采用傳統(tǒng)方法效果不佳的一些問題，諸如：降低飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和繞流部件的噪音、湍流、高超音速流動(dòng)的數(shù)值模擬等問題。另外，這種技術(shù)還可以用在其它領(lǐng)域，例如：對(duì)氣候現(xiàn)象數(shù)值模擬、燃燒過程的數(shù)值研究等。當(dāng)對(duì)龍卷風(fēng)及其它大氣現(xiàn)象數(shù)值模擬時(shí)，采用多算子方案可以獲得高分辨率。