Вычислительные модели радиационной газовой динамики высокотемпературных газовых потоков

• Автор: Андриенко, Даниил Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 188 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1. Газодинамические модели гиперзвуковых потоков
1.1 Введение
1.2 Обзор литературы
1.3 Система уравнений
1.4 Моделирование неравновесного течения
1.5 Выводы
Глава 2. Радиационный перенос в аэротермодинамике
2.1 Введение
2.2 Формулировка уравнения переноса излучения
2.3 Приближения, используемые в теории переноса излучения
2.4 Обзор методов решения уравнения переноса излучения
2.5 Обзор работ по переносу излучения для спускаемых аппаратов
2.С Расчетные сетки
2.7 Выводы
Глава 3. Метод сферических гармоник
3.1 Введение
3.2 Численная схема Р1 приближения МСГ
3.3 Решение Р1 приближения МСГ для некоторых частных случаев
3.4 Выводы
Глава 4. Моделирование переноса излучения на структурированных сетках
4.1 Введение

4.2 Химическая модель
4.3 Оптическая модель: постоянный коэффициент поглощения
4.4 Оптическая модель: реальный коэффициент поглощения
4.5 Эффективность расчетов в Р1 приближении МСГ
4.6 Выводы
Глава 5. Моделирование переноса излучения на неструктурированных сетках
5.1 Введение
5.2 Численная схема
5.3 Метод конечного объема
5.4 Альтернативный метод расчета потоков
5.5 Двумерная геометрия
5.6 Трехмерная геомечрия
5.7 Выводы
Глава 6. Метод дискретных направлений
6.1 Введение
6.2 Геометрия и исходные данные
6.3 Метод дискретных направлений
6.4 Квадратуры Гаусса
6.5 Поиск ближайшего соседа
6.6 Результаты моделирования
6.7 Эффективность разработанного алгоритма
6.8 Выводы
Заключение
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
В настоящее время численное моделирование процессов радиационного переноса в задачах прикладной аэротермодинамики приобретает все большую актуальность. Это связано с тем, что эксперименты по обтеканию тел различной формы гиперзвуковым потоком газа, чаще всего, отличаются высокой стоимостью, не зависимо от того, идет ли речь о непосредственном эксперименте по входу аппарата в атмосферу или об эксперименте в гипер-звуковой ударной трубе. В тоже время известно, что перенос излучение может быть важным механизмом в нагреве поверхности космического аппарата и, в некоторым случаях, влиять на распределение газодинамических параметров за фронтом ударной волны. Кроме этого, комплексный подход, включающий в себя как экспериментальную базу, так и численные модели, необходим с точки зрения развития аэротермодинамики в общем и теории переноса излучения в частности.
Важной составляющей моделирования радиационных процессов в потоке сильно нагретого газа являются не только непосредственно сами модели радиационного переноса, но также и термодинамическая, оптическая и газодинамическая модели среды. Необходимость многостороннего подхода в создании таких моделей обуславливает их сложность и диктует требования к их эффектности и практической реализации. Стремительное развитие компьютерной техники за последние два десятилетия предоставило новые возможности для разработки, верификации и валидации таких моделей. Тем не менее, можно сказать, что современные модели переноса радиационной энергии в задачах динамики высокотемпературного газа являются достаточ-

В работе [68] приводятся расчетные соотношения для воздушной плазмы в диапазоне температур 50 < Т < 100.000 К. Вид аппроксимационных формул различается для соударений тяжелых частиц и для соударений, включающих в себя свободные электроны. Для первых вид интеграла столкновений имеет вид
0(1,1),(2,2) _ А + Л2ТЛз V ~ Аа + АъТа*'
Для второго вида столкновений интеграл имеет более сложную логарифмическую зависимость и здесь не приводится. Для соударений, включающих в себя только нейтральные частицы, широко применяются формулы из [69], использованные в данной работе:
оМ = 1.074Г-0'1604,
п = 1.157 Г-0-1472.
При расчете индивидуальных транспортных свойств в частично ионизованном газе можно использовать соотношения, представленные в работе [70] и выведенные на их основе упрощенные уравнения [71].
Для расчета транспортных свойств смеси газом могут использоваться прямые методы, итерационные методы и приближенные расчетные формулы. В работе [72] обсуждается вопрос о расчете коэффициента диффузии смеси и степени точности приближения. Предложенные способы включают в себя матричные способы вычисления, уравнения Стефана-Максвелла и закон Фика. Отметим, что точные методы расчета диффузионных свойств необходимы в случае относительно малых скоростей потока, когда диффузионный перенос является главным механизмом массообмена. В случае моделирования гиперзвуковых потоков роль диффузии как механизма массо- и энергообмена отходит на второй план. В данной работе для расчета коэффициента диффу-