Решение задач сверх- и гиперзвуковой газовой динамики с использованием модели высокотемпературного воздуха
Аннотация:
Предмет исследования. В работе рассмотрено решение ряда задач сверх- и гиперзвуковой газовой динамики при использовании модели, которая учитывает диссоциацию и ионизацию воздуха. Приведены результаты верификации и валидации разработанного численного метода при использовании разностных схем (Рое, Русанова, AUSM) для дискретизации конвективных потоков. Метод. Формулировка математической модели для высокотемпературного воздуха использует наличие равновесных химических реакций диссоциации и ионизации. С этой целью при высоких скоростях набегающего потока применена модель Крайко, содержащая равновесные химические реакции в воздухе при высоких температурах. Для дискретизации основных уравнений использован метод конечных объемов на неструктурированной сетке. Одна из особенностей построенной математической модели состоит в реализации эффективного перехода между физическими и консервативными переменными. Приведены соотношения, при помощи которых осуществлен переход от консервативных переменных к физическим и обратно при использовании модели высокотемпературного воздуха. Для обеспечения устойчивости численных расчетов введена энтропийная поправка. Убывание энтропии в решении гиперболических уравнений исключено при помощи введения искусственной вязкости по Нейману, а также применения метода Годунова с точным решением задачи Римана и методов, основанных на приближенном решении задачи о распаде произвольного разрыва. Основные результаты. Получено численное решение ряда задач сверхзвуковой газовой динамики (сверхзвуковые течения в канале с прямой ступенькой и около сферы) с учетом высокотемпературных эффектов. Обсуждены критерии точности численных расчетов, связанные с расположением ударно-волновых структур, и выполнено сравнение полученных результатов с данными, имеющимися в публикациях, а также с расчетами по модели совершенного газа. Проведено сопоставление результатов численных расчетов с имеющимися экспериментальными данными. Расчеты получены в рамках невязкой модели, с учетом влияния вязкости и ее зависимости от температуры, а также модели турбулентного течения. На основе результатов численного моделирования рассмотрено влияние вязких эффектов на характеристики потока в канале с прямой ступенькой и обтекание сферы гиперзвуковым потоком. Отмечено влияние различных численных факторов на форму головного скачка уплотнения и наличие флуктуаций решения за скачком уплотнения. Практическая значимость. В рамках работы подготовлен расчетный модуль для коммерческого пакета AnsysFluent, реализованный при помощи средств пользовательского программирования. Модуль расширяет стандартные возможности коммерческого программного обеспечения, ориентированного на решение задач вычислительной газовой динамики, и для решения задач гиперзвуковой аэродинамики. Разработанные средства численного моделирования могут быть полезны при проектировании и оптимизации гиперзвуковых летательных аппаратов.
Ключевые слова:
Постоянный URL
Статьи в номере
- О возможности применения моностатической схемы построения наземного телескопа при наблюдении космических объектов
- Проблема применения процедуры DREM в задаче идентификации интервально заданных параметров
- Особенности морфологии микро- и нанопористых пленок меди и серебра для фотокаталитического применения, синтезированных с использованием реакции замещения
- Биоинспирированные метаэвристические алгоритмы построения расписаний в облаке: систематический обзор
- Оценка применимости методов асинхронного программирования при решении проблемы согласованности данных в микросервисной среде
- Факторная модель обнаружения и распознавания контура и основных элементов человеческого лица
- Исследование устойчивости информационнотелекоммуникационных сетей в условиях стохастической перколяции узлов
- Алгоритм поиска всех путей в графе с заданными контекстно-свободными ограничениями с использованием матриц с множествами промежуточных вершин
- Система поддержки принятия решений при проведении технологического процесса протонной лучевой терапии
- Определение опасных состояний водителя транспортного средства на основе информации устройств носимой электроники
- Исполняющая машина автоматных программ
- Байесовские функции потерь для моделирования гомоскедастичной алеаторной неопределенности в задаче детекции пыльцы на изображениях
- Алгоритм выявления синтезированного голоса на основе кепстральных коэффициентов и сверточной нейронной сети
- Методика оценки рисков информационных систем на основе анализа поведения пользователей и инцидентов информационной безопасности
- Идентификация аккаунтов пользователей при помощи сравнения изображений: подход на основе pHash
- Исследование движения человека в системах компьютерного зрения на основе скелетной модели
- Моделирование нарушений безопасности в системах машинного обучения
- Математическое моделирование оптимальной онкотерапии злокачественных опухолей
- Численное исследование разлета смеси газа и частиц с осевой симметрией
- Исследование модулятора двулучепреломления на основе ниобата лития