Расчет взаимодействия крупных частиц со сверхзвуковым ударным слоем с использованием бессеточного алгоритма


DOI: 10.34759/trd-2022-125-07

Авторы

Способин А. В.

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

e-mail: spise@inbox.ru

Аннотация

Изложен бессеточный алгоритм численного моделирования движения крупных дисперсных частиц в ударном слое у поверхности затупленного тела, обтекаемого сверхзвуковым потоком вязкого теплопроводного газа, течение которого описывается системой нестационарных уравнений Навье-Стокса в трёхмерном пространстве. Представлены результаты расчёта газодинамического взаимодействия одной и нескольких частиц с ударным слоем, а также их влияние на конвективный тепловой поток от газа к поверхности.

Ключевые слова:

численное моделирование, бессеточный метод, нестационарные уравнения Навье-Стокса, сверхзвуковое обтекание тел, конвективный тепловой поток

Библиографический список

  1. Вараксин А.Ю. Обтекание тел дисперсными газовыми потоками // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56. № 2. С. 282–305. DOI: 10.7868/S0040364418020175
  2. Ревизников Д.Л., Сухарев Т.Ю. Гиперзвуковое обтекание затупленных тел в условиях атмосферы Земли и Марса. Сравнительный анализ математических моделей // Тепловые процессы в технике. 2018. Т. 10. № 1-2. С. 5–15.
  3. Егоров И.В., Кунсик Конг, Новиков А.В. Моделирование обтекания носовой части спускаемого космического аппарата в атмосфере Марса // Ученые записки ЦАГИ. 2021. Т. 52. № 4. С. 20–33.
  4. Романюк Д.А., Циркунов Ю.М. Нестационарные двухфазные течения газа с частицами в решетках профилей // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2020. № 5. С. 33–45. DOI: 10.31857/S0568528120050126
  5. Михатулин Д.С., Полежаев Ю.В., Ревизников Д.Л. Исследование разрушения углеродного теплозащитного материала при полете в запыленной атмосфере // Теплофизика высоких температур. 2003. Т. 41. № 1. С. 98–105.
  6. Михатулин Д.С., Полежаев Ю.В., Ревизников Д.Л. Теплообмен и разрушение тел в сверхзвуковом гетерогенном потоке. — М.: ЯНУС-К, 2007. — 391 с.
  7. Садин Д.В. Приложение гибридного метода крупных частиц к расчету взаимодействия ударной волны со слоем газовзвеси // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12. № 6. С. 1323–1338. DOI: 10.20537/2076-7633-2020-12-6-1323-1338
  8. Fleener W.A., Watson R.H. Convective Heating in Dust-Laden Hypersonic Flows // AIAA Paper, 1973, no. 73, pp. 761. URL: https://doi.org/10.2514/6.1973-761
  9. Holden M.S., Gustafson G.Q., Duryea G.R., Hudack L.T. An Experimental Study of Particle-Induced Convective Heating Augmentation // AIAA Paper, 1976, no. 76, pp. 320. URL: https://doi.org/10.2514/6.1976-320
  10. Sposobin A., Reviznikov D. Impact of High Inertia Particles on the Shock Layer and Heat Transfer in a Heterogeneous Supersonic Flow around a Blunt Body // Fluids, 2021, vol. 6, no. 11, pp. 406. DOI: 10.3390/fluids6110406
  11. Ревизников Д.Л., Способин А.В., Иванов И.Э. Изменение структуры течения под воздействием высокоинерционной частицы при обтекании тела сверхзвуковым гетерогенным потоком // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56. № 6. С. 908–913. DOI: 10.31857/S004036440003569-9
  12. Способин А.В., Ревизников Д.Л., Иванов И.Э., Крюков И.А. Колебания давления и теплового потока, индуцированные газодинамическим взаимодействием высокоинерционной частицы с ударным слоем // Известия вузов. Авиационная техника. 2020. № 4. С. 108–115.
  13. Ревизников Д.Л., Способин А.В., Иванов И.Э. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных об осциллирующем течении, индуцированном газодинамическим взаимодействием частицы с ударным слоем // Теплофизика высоких температур. 2020. Т. 58. № 6. С. 901–908. DOI: 10.31857/S0040364420060162
  14. Способин А.В. Метод скользящих адаптивных декартовых сеток расчёта газодинамического взаимодействия частиц с ударным слоем в сверхзвуковом потоке // Тепловые процессы в технике. 2022. Т. 14. № 4. С. 178–185. DOI: 10.34759/tpt-2022-14-4-178-185
  15. Винников В.В., Ревизников Д.Л. Метод погруженной границы для расчета сверхзвукового обтекания затупленных тел на прямоугольных сетках // Труды МАИ. 2007. № 27. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=34018
  16. Толстых А.И., Широбоков Д.А. Бессеточный метод на основе радиальных базисных функций // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2005. Т. 45. № 8. С. 1498–1505.
  17. Способин А.В. Бессеточный алгоритм расчёта сверхзвуковых течений невязкого газа // Труды МАИ. 2021. № 119. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=159777. DOI: 10.34759/trd-2021-119-04
  18. Способин А.В. Бессеточный алгоритм расчёта сверхзвуковых течений вязкого теплопроводного газа // Труды МАИ. 2021. № 121. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=162656. DOI: 10.34759/trd-2021-121-09
  19. Молчанов А.М. Математическое моделирование задач газодинамики и тепломассообмена. — М.: Изд-во МАИ, 2013. — 206 с.
  20. Башкин В.А., Егоров И.В. Численное исследование задач внешней и внутренней аэродинамики. — М.: Физматлит, 2013. — 331 с.
  21. Sattarzadeh S., Jahangirian A. 3D implicit mesh-less method for compressible flow calculations // Scientia Iranica, 2012, vol. 19, no. 3, pp. 503–512. DOI: 10.1016/j.scient.2012.04.013Y
  22. Пирумов У.Г. Численные методы. — М.: Юрайт, 2021. — 421 с.
  23. Sattarzadeh S., Jahangirian A., Hashemi M. Y. Unsteady Compressible Flow Calculations with Least-Square Mesh-less Method // Journal of Applied Fluid Mechanics, Jan. 2016, vol. 9, no. 1, pp. 233–241. DOI: 10.18869/acadpub.jafm.68.224.24052
  24. Kim K.H., Kim C., Rho O.H. Methods for the accurate computations of hypersonic flows: I. AUSMPW+ Scheme // Journal of Computational Physics, 2001, vol. 174, pp. 38-80. DOI: 10.1006/jcph.2001.6873
  25. Wang Y., Cai X., Zhang M., Ma X., Ren D., Tan J. The study of the three-Dimensional meshless solver based on AUSM±up and MUSCL scheme // Proceedings of the 2015 International Conference on Electromechanical Control Technology and Transportation, URL: https://dx.doi.org/10.2991/icectt-15.2015.52
  26. Hashemi M.Y., Jahangirian A. Implicit fully mesh-less method for compressible viscous flow calculations // Journal of Computational and Applied Mathematics, 2011, no. 235, pp. 4687–4700. DOI: 10.1016/j.cam.2010.08.002
  27. Антонюк В.А. OpenCL. Открытый язык для параллельных программ. — М.: Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, 2017. — 88 с.
  28. Малявко А.А. Параллельное программирование на основе технологий OpenMP, CUDA, OpenCL, MPI. — М.: Юрайт, 2021. — 135 с.
  29. Боресков А.В., Харламов А.А. Основы работы с технологией CUDA. — М.: ДМК Пресс, 2010. — 232 с.
  30. Бодрышев В.В., Абашев В.М., Тарасенко О.С., Миролюбова Т.И. Интенсивность изображения, как количественная характеристика параметров газового потока // Труды МАИ. 2016. № 88. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=70428
  31. Никитин П.В., Павлюк Е.А. Расчёт тепло — и массообмена на поверхности спускаемого космического аппарата // Труды МАИ. 2014. № 72. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=47266
  32. Tsirkunov Yu. M. Gas-particle flows around bodies — key problems, modeling and numerical analysis // Proc. Fourth Int. Conf. on Multiphase Flow (ICMF’01). New Orleans, USA, 2001, Paper no. 607, pp. 1–31.
  33. Сидоренко Д.А., Уткин П.С. Численное моделирование взаимодействия проходящей ударной волны со слоем частиц методом декартовых сеток // Горение и взрыв. 2020. Т. 13. № 2. С. 62–74.
  34. Циркунов Ю.М., Панфилов С.В., Клычников М.Б. Полуэмпирическая модель ударного воздействия дисперсной частицы примеси с поверхностью, обтекаемой потоком газовзвеси // Инженерно-физический журнал. 1994. Т. 67. № 5–6. С. 379–386.
  35. Панфилов С.В., Циркунов Ю.М. Модель отскока и рассеяния несферических частиц при высокоскоростном взаимодействии с обтекаемой поверхностью // Журнал технической физики. 2022. Т. 92. № 5. С. 665-675. DOI: 10.21883/JTF.2022.05.52370.324-21

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход