SCI Библиотека

На основе модели взаимопроникающих континуумов проводится численное моделирование нестационарного течения газовзвеси, возникающего при взаимодействии ударной волны со слоем инертных частиц. Каждая фаза описывается набором уравнений, выражающих законы сохранения массы, импульса и энергии. Межфазное взаимодействие учитывается при помощи источниковых членов в уравнениях изменения количества движения и энергии. Основные уравнения для газовой и дисперсной фаз имеют гиперболический тип, допускают запись в консервативной форме и решаются с использованием численного метода типа Годунова повышенного порядка точности. Для дискретизации уравнений по времени применяется метод Рунге-Кутты 3-го порядка. Построенная модель позволяет рассчитывать широкий спектр режимов течения газовзвеси, возникающих при изменении объемной концентрации дисперсной фазы. Обсуждаются вопросы, связанные с замыканием математической модели, а также детали реализации численной модели. Приводятся ударно-волновая структура течения и пространственно-временные зависимости концентрации частиц и других параметров потока.

Рассмотрены возможности моделирования течений вязкой несжимаемой жидкости при помощи метода решеточных уравнений Больцмана (Lattice Boltzmann Method, LBM).

В отличие от классического макроскопического подхода, основанного на решении уравнений Навье–Стокса, в методе решеточных уравнений Больцмана используется мезоскопическая модель для моделирования течений жидкости.

Макроскопические параметры жидкости, такие как плотность и скорость, выражаются через моменты дискретной функции распределения.

Метод: Дискретизация решеточного уравнения Больцмана осуществляется при помощи
схем D2Q9 (двумерный случай) и D3Q19 (трехмерный случай). Для моделирования столкновений между псевдочастицами применяется приближение Бхатнагара–Гросса–Крука с одним временем релаксации.

Обсуждаются особенности постановки начальных и граничных условий на различных границах расчетной области.

Основные результаты: Развиваются представления о закономерностях формирования вихревых течений в квадратной каверне, а также пространственных струйных потоков внутри крупномасштабных вихревых структур в пределах замкнутого пространства кубической каверны.

Выполнено сравнение результатов расчетов характеристик течения в квадратной и кубической каверне при различных числах Рейнольдса с данными, имеющимися в литературе и полученными на основе метода конечных объемов.

Исследована зависимость численного решения, а также положения критических точек на стенках кубической каверны от размера сетки.

Выполнено сравнение времени счета со скоростью вычислений в методе конечных разностей и методе конечных объемов.

Обсуждение: Разработанная реализация метода решеточных уравнений Больцмана
представляет интерес для перехода к последующему моделированию неизотермических и высокоскоростных течений.

Исследуется нестационарный процесс истечения жидкого азота через коническое сопло при разгерметизации камеры высокого давления. Для описания процесса принята двухфазная пространственная осесимметричная модель парожидкостной смеси в двухтемпературном, однодавленческом, односкоростном приближениях, учитывающая неравновесные процессы испарения и конденсации. Интенсивность фазового перехода зависит от числа и радиуса пузырьков, степени перегрева по температуре, теплоты парообразования, коэффициента теплопроводности и чисел Нуссельта и Якоба. Исследована эволюция вскипания струи жидкого азота в области криогенных температур в зависимости от различных начальных условий. Проанализировано влияние степени перегрева на угол распыления струи. Верификация разработанного численного метода оценена путем сопоставления с экспериментальными данными.

Статья посвящена разработке газодинамической модели движения полидисперсных сред в областях произвольной формы, моделирующих конфигурацию высокоскоростных сепараторов сухой очистки, в частности, сопловых сепараторов. Создана математическая модель и схема расчета, позволяющие в широком диапазоне изменения определяющих параметров учесть влияние полидисперсности твердой фазы на структуру течения газопылевого потока в проточной части сепаратора. Особое внимание уделено режимам движения газодисперсных потоков в криволинейных каналах (соплах) с большим массовым содержанием дисперсной фазы во входном сечении канала (сопла). На основе разработанной математической модели, удалось учесть влияние частиц, отскочивших от стенок сопла, на распределение характеристик многофазного континуума во всей рассматриваемой области. Показано, что учет отскочивших частиц в широком диапазоне изменения размеров дисперсных включений приводит к существенному торможению потока в проточной части сепаратора.

Необходимость развития моделей и методов расчета нестационарных течений газа и жидкости с концентрированной завихренностью обусловливается широким распространением такого рода течений в природе и технике.

Рассматривается численное моделирование формирования вихревого кольца, его распространения и взаимодействия с плоской преградой, ориентированной по нормали к направлению перемещения кольца. Обсуждается построение модели виртуального генератора вихревых колец и выбор комплекса параметров, описывающих генерирующий импульс (продолжительность импульса и его амплитуда).

Расчетная область состоит из внутренней области генератора вихревых колец и область внешнего пространства за его срезом, в которой происходит формирование и движение вихревого кольца.

Для численных расчетов применяются нестационарные уравнения Навье–Стокса в осесимметричной постановке, для дискретизации которых используется метод конечных объемов.

Для моделирования течения, образующегося при движении поршня в трубе,
на левом торце генерирующей трубки используются нестационарные граничные условия, описывающие изменение массового расхода во времени.

Приводятся распределения давления по преграде и изменение продольной силы, действующей на преграду, во времени, а также изменение характеристик вихревого кольца при его взаимодействии с преградой.

Результаты численных расчетов сравниваются с данными физического эксперимента. Приводится качественная картина течения, возникающего при приближении вихревого кольца к стенке, а также обсуждаются ключевые особенности потока и критические точки, которые формируются при взаимодействии вихревого кольца со стенкой.