Frost 3D Universal

Программный комплекс Frost 3D Universal распространяется в четырех версиях. Главное отличие каждой версии – это различная программная реализация расчетного механизма (решателя, солвера), который используется для численного решения тепловой задачи.

На скорость численных расчетов, помимо программных алгоритмов, также влияет и аппаратное обеспечение, которое используется для математических вычислений.

Ввиду этого, у новых пользователей всегда возникает вопрос – какая версия программного комплекса Frost 3D Universal оптимальна для моих конкретных задач?

Ниже приведен список критериев, расстановка приоритетов по которым поможет определиться с выбором версии программы:

1. Какие размеры расчетных областей типичны для моделируемых областей (10*10 или 100*100 метров)?

2. Насколько высока детализация расчетных моделей – имеется ли в расчетной модели множество мелких элементов, важных для учета в расчете?

3. Критична ли точность выполнения расчетов – допускается ли значительное угрубление расчетной области в результате дискретизации?

4. Высоки ли требования к скорости расчетов – нужно ли выполнять расчеты за несколько часов или же есть возможность в ожидании результата сутки и более?

Окончательно принять решение о приобретении наиболее подходящей версии программного комплекса поможет анализ примеров моделей, созданных в Frost 3D Universal, которые были запущены на расчет в разных версиях программы. В расчетах было задействовано различное аппаратное обеспечение: одно ядро процессора, 4 ядра процессора, бюджетные видеокарты и мощные GPU-ускорители от Nvidia.

Напоминаем, что программный комплекс Frost 3D Universal требует использования процессоров компании Intel и видеокарт компании NVIDIA.


Сравнение скоростей расчетов в разных версиях программы


Резервуар Бованенковского месторождения

Результат расчета резервуара Бованенковского месторождения - Грубая дискретизация

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
14.6×11×19.5 метров 0.7 млн. 5 лет
Расчетный модуль:

1 ядро Intel Core i7

Время расчета:

11 часов

Версия программы:

одноядерная CPU

Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i7

Время расчета:

6 часов

Версия программы:

многоядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA GTX 660

Время расчета:

2 часа

Версия программы:

многоядерная GPU

Результат расчета резервуара Бованенковского месторождения - Качественная дискретизация

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
14.6×11×19.5 метров 3,5 млн. 5 лет
Расчетный модуль:

1 ядро Intel Core i7

Время расчета:

80 часов

Версия программы:

одноядерная CPU

Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i7

Время расчета:

33 часа

Версия программы:

одноядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA GTX 660

Время расчета:

14 часов

Версия программы:

многоядерная GPU


Термостабилизация грунта под резервуаром с нефтью

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
90×90×30 метров 7 млн. 5 лет
Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i7

Время расчета:

11 часов

Версия программы:

многоядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA GTX 660

Время расчета:

4 часа

Версия программы:

многоядерная GPU

Расчетный модуль:

NVIDIA TITAN

Время расчета:

27 минут

Версия программы:

многоядерная GPU

Ознакомиться с подробным описанием моделирования термостабилизации грунта под резервуаром с нефтью.


Расчет растепления грунта вокруг скважин

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
40×60×200 метров 4 млн. 2 года
Компьютерная модель теплового влияния добывающих скважин на многолетнемерзлый грунт
Расчетный модуль:

1 ядро Intel Core i7

Время расчета:

18 часов 9 минут

Версия программы:

одноядерная CPU

Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i7

Время расчета:

10 часов 37 минут

Версия программы:

многоядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA TITAN

Время расчета:

57 минут

Версия программы:

многоядерная GPU

Ознакомиться с прогнозом оттаивания многолетнемерзлых грунтов вокруг добывающих скважин.


Искусственное замораживание грунта в туннеле

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
62×20×18.5 метров 3.9 млн. 2 года
Расчетный модуль:

1 ядро Intel Core i7

Время расчета:

15 часов

Версия программы:

одноядерная CPU

+ модуль фильтрации

Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i7

Время расчета:

9 часов

Версия программы:

многоядерная CPU

+ модуль фильтрации

Расчетный модуль:

NVIDIA GTX 660

Время расчета:

2 часа

Версия программы:

многоядерная GPU

+ модуль фильтрации

Ознакомиться с подробным описанием моделирования искусственного замораживания грунта при строительстве тоннеля.


Участок магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий Океан»

Конфигурация расположения нефтепровода и решетки ПЖЛ

Результат расчета по нефтепроводу ВСТО

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
25×25×15 метров 4.8 млн. 20 лет
Моделирование ореола оттаивания вокруг нефтепровода в многолетнемерзлом грунте
Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i5

Время расчета:

89 часов

Версия программы:

многоядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA GTX 660

Время расчета:

34 часа

Версия программы:

многоядерная GPU

Расчетный модуль:

NVIDIA Tesla K20

Время расчета:

10 часов

Версия программы:

многоядерная GPU

Ознакомиться с подробным описанием теплотехнического расчета трубопровода в условиях вечной мерзлоты.


Оценка теплового влияния стальной стенки сваи телевизионной мачты в районе Газ — Сале

Особенностью данного расчета является учет стальной стенки сваи толщиной 8 мм. В результате наличия элементов с небольшими геометрическими размерами ~ 1 мм и большой температуропроводностью (на порядок большей, чем у грунта), время расчета резко увеличивается.

Результаты расчета теплового влияния стальной стенки сваи телевизионной мачты

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
2×2×12 метров 0.3 млн. 2 года
Расчетный модуль:

1 ядро Intel Core i5

Время расчета:

146 часов

Версия программы:

одноядерная CPU

Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i5

Время расчета:

94 часов

Версия программы:

многоядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA GTX 660

Время расчета:

55 часов

Версия программы:

многоядерная GPU

Расчетный модуль:

NVIDIA Tesla K20

Время расчета:

18 часов

Версия программы:

многоядерная GPU


Оценка эффективности термостабилизации опор нефтепровода «Заполярье – НПС «Пурпе»

Особенностью данного расчета является наличие внутри каждой сваи диаметром 426 мм двух термостабилизаторов.

Результаты расчета термостабилизации свай нефтепровода «Заполярье – НПС «Пурпе»

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
6×8×11 метров 1.5 млн. 2 года
Расчетный модуль:

1 ядро Intel Core i5

Время расчета:

35 часов

Версия программы:

одноядерная CPU

Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i5

Время расчета:

25 часов

Версия программы:

многоядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA GTX 660

Время расчета:

4 часа

Версия программы:

многоядерная GPU

Расчетный модуль:

NVIDIA Tesla K20

Время расчета:

1.4 часа

Версия программы:

многоядерная GPU


Расчеты больших моделей. «Ледяная стена» вокруг АЭС «Фукусима»

Особенностями данного расчета являются:

1) Большой размер зоны замораживания — периметр 1.3 километра.

2) Высокая степень дискретизации – 18 миллионов ячеек.

3) Большое количество замораживающих устройств – 1073 охлаждающие трубы.

Результат расчета «Ледяной стены» АЭС Фукусима

Расчетная область: Количество ячеек: Прогноз на:
450×210×30 метров 17.8 млн. 2 года
Расчетный модуль:

4 ядра Intel Core i7

Время расчета:

2 часа 51 минута

Версия программы:

многоядерная CPU

Расчетный модуль:

NVIDIA TITAN

Время расчета:

7 минут 26 секунд

Версия программы:

многоядерная GPU

Расчетный модуль:

NVIDIA Tesla K20

Время расчета:

5 минут 43 секунды

Версия программы:

многоядерная GPU

Ознакомиться с подробным описанием  моделирования заморозки грунтов по периметру атомной электростанции «Фукусима».


Общая информация по времени численных расчетов в программе Frost 3D Universal

На скорость расчета существенное влияние оказывают:

1) Размеры моделируемой области. Большая расчетная область требует большего количества ячеек расчетной сетки, что приводит к увеличению времени расчета.

2) Размер ячеек в расчетной сетке. Например, для двух площадок 2х2х2 метра и 20х20х20 метров с одним и тем же количеством ячеек расчетное время будет разное. Для площадки 2х2х2 будет считаться дольше, т.к. размер ячейки здесь меньше.

3) Теплофизические свойства материалов. Наличие материалов с большой температуропроводностью резко увеличивает время расчета.

4) Граничные условия — скорость изменения температуры внешней среды и коэффициента теплообмена. Чем больше их скорость и амплитуда изменения во времени, тем дольше время расчета.

5) Наличие охлаждающих устройств и режим их работы. Чем больше охлаждающих устройств и чем больше их тепловая нагрузка, тем дольше время расчета.

На эффективность параллелизации вычислений (скорость расчета при использовании многоядерных вычислительных систем) влияют следующие факторы:

1) Чем больше материалов и различных граничных условий присутствует в расчетной области, тем меньше степень параллелизации вычислений (ускорение расчета при переходе с одноядерного CPU на многоядерные CPU или GPU).

2) Неравномерность расчетной сетки снижает степень параллелизации вычислений.