SCI Библиотека

Численно моделируются процессы формирования и распространения плоских волн гибридной детонации в смесях водород-кислород-аргон с частицами алюминия размером от 3.5 до 13 мкм различной загрузки. Используется физико-математическая модель приведённой кинетики горения водорода и горения алюминия с учётом образования твёрдого оксида и газообразных субокислов. Установлено стабилизирующее влияние частиц алюминия на течение, увеличение скорости детонации и пиковых давлений и температур. На промежуточной стадии формируются временные двухфронтовые конфигурации. По мере распространения фронты сближаются, структуры преобразуются в однофронтовые. Проанализированы установившиеся структуры Чепмена - Жуге и их отличия от структур газовой детонации.

Представлена физико-математическая модель гибридной детонации смеси водород - кислород - аргон - частицы алюминия. С помощью данной модели исследовано влияние частиц алюмниия на процесс распространения детонации в канале с расширением. Для ускорения получения результатов численная модель была распараллелена с помощью библиотек Open MP. В результате установлено, что на режим распространения гибридной детонации влияет как загрузка, так и дисперсность используемых частиц. В целом гибридная смесь является более устойчивой к изменению геометрии заполняемой области.

Проведена верификация и валидация модели приведённой кинетики гибридной детонации в водород-воздушных смесях с мелкодисперсными частицами алюминия. Получена формула интегрального тепловыделения в зависимости от коэффициента избытка топлива для бедных водород-воздушных смесей. Результаты согласуются с данными экспериментов по скорости детонации. Определены константы реакций горения алюминия, обеспечивающие согласование по скорости детонации в воздушных взвесях частиц алюминия. Численно моделируются процессы газовой детонации в водород-воздушных смесях и гибридной детонации с частицами алюминия. Зависимости скорости гибридной детонации от концентрации частиц согласуются с известными данными. Проведено сравнение с экспериментами по картинам ячеистой газовой и гибридной детонации: степени регулярности, размерам ячеек, наклону траекторий тройных точек.

В методах сопряженных градиентов формула сопряжения часто является основной точкой концентрации. Техника сопряженных градиентов используется для решения проблем, возникающих в процессе восстановления изображения. Используя квадратичную модель, для операции будет получено совершенно новое сопряжение коэффициентов. Алгоритмы демонстрируют как локальную, так и глобальную сходимость и спуск. Численное тестирование показало, что недавно разработанный метод намного превосходит тот, который существовал до него. Недавно созданная стратегия сопряженного градиента имеет более высокую производительность, чем метод сопряженного градиента FR, который является отраслевым стандартом.

Высокотемпературные эффекты оказывают существенное влияние на характеристики летательных аппаратов, движущихся с гиперзвуковой скоростью. В связи со сложностью постановки физического эксперимента, методы математического моделирования играют важную роль для нахождения характеристик гиперзвуковых летательных аппаратов. Обсуждается построение и реализация математической модели, предназначенной для численного моделирования гиперзвукового обтекания тела с учетом неравновесных физико-химических процессов в высокотемпературном воздухе. Математическая модель включает в себя уравнения газовой динамики, уравнения модели турбулентности и уравнения химической кинетики. Проводится численное моделирование сверх- и гиперзвукового обтекания полусферы потоком воздуха с учетом высокотемпературных эффектов. Приводится критический обзор различных моделей, которые применяются для нахождения расстояния от фронта ударной волны до поверхности сферы. Результаты расчетов, полученные с использованием разработанного численного метода, сравниваются с данными физического эксперимента и расчетными данными, имеющимися в литературе, в широком диапазоне чисел Маха набегающего потока. Разработанная модель и результаты расчетов имеют значение для моделирования обтекания тел сложной конфигурации и проектирования высокоскоростных летательных аппаратов.

Рассматривается численное моделирование газодинамических процессов, сопровождающих формирование и распространение вихревых колец, получаемых при помощи поршневого генератора. Обсуждается влияние характеристик вихревого кольца на перенос пассивной примеси. Для численных расчетов применяются нестационарные уравнения Навье—Стокса, для дисукретизации которых применяется метод конечных объемов. Результаты численного моделирования позволяют получить геометрические и динамические характеристики вихревого кольца, которые соответствуют автомодельному теории вихревого кольца и экспериментальным данным. Помимо традиционных подходов к визуализации вихревых течений, основанных на построении линий уровня различных характеристик потока, для визуализации вихревых структур применяются инварианты тензора градиента скорости и метод показателей Ляпунова на конечном промежутке времени.

Проводится численное моделирование обтекания гиперзвукового летательного аппарата с использованием модели высокотемпературного воздуха и гибридной архитектуры на основе высокопроизводительных графических процессорных устройств. Расчеты проводятся на основе уравнений Эйлера, для дискретизации которых применяется метод конечных объемов на неструктурированных сетках. Приводятся результаты исследования эффективности расчета гиперзвуковых течений газа на графических процессорах. Обсуждается время счета, достигнутое при использовании моделей совершенного и реального газа.

Исследуются задачи взаимодействия ударной волны с ограниченным слоем газовзвеси, внутри которого имеется неоднородность квадратного сечения пониженной или повышенной плотности. Для расчетов используется гибридный метод крупных частиц второго порядка аппроксимации по пространству и времени. Правильность численных разрывных решений, в частности скачков пористости, подтверждается сравнением с асимптотически точными профилями плотности смеси. Приведены аналитические зависимости ослабления ударной волны слоем газовзвеси. Изучены ударно-волновые структуры в двумерных областях и влияние на них релаксационных процессов.

В рамках статистического подхода, основанного на кинетическом уравнении для функции плотности вероятности распределения скорости и температуры частиц, построена континуальная модель, описывающая псевдотурбулентные течения дисперсной фазы. Введение функции плотности вероятности позволяет получить статистическое описание ансамбля частиц вместо динамического описания отдельных частиц на основе уравнений движения и теплопереноса типа Ланжевена. На основе уравнений для первых и вторых моментов дисперсной фазы проводится численное моделирование нестационарного течения газовзвеси, возникающего при взаимодействии ударной волны с облаком частиц. Основные уравнения имеют гиперболический тип, записываются в консервативной форме и решаются с использованием численного метода типа Годунова повышенного порядка точности. Обсуждается влияние двумерных эффектов на формирование ударно-волновой структуры течения и пространственно-временны´е зависимости концентрации частиц и других параметров потока.

Статья посвящена развитию гибридного метода крупных частиц применительно к двумерным течениям с развитием физической неустойчивости на поверхностях раздела неоднородных газовых смесей. Высокая разрешающая способность метода продемонстрирована при решении задач взаимодействия ударной волны с цилиндрическим пузырем легкого или тяжелого газов в сравнении с экспериментом и расчетами по другим схемам повышенного порядка аппроксимации.