Пакет прикладных программ GAS DYNAMICS TOOL и его применение в задачах численного моделирования газодинамических процессов

• Автор: Зибаров, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 317 с. : ил

Введение.

Глава 1. Цель и задачи работы, анализ состояния вопроса

1.1 Особенности исследования нелинейных процессов.

газовой динамики. Актуальность работы.

1.2 Цель работы и задачи исследования.

1.3 Выбор базового метода численного интегрирования.

ф Анализ состояния вопроса.

Глава 2. Пакет прикладных программ СюОупаписзТоо .

2.1. Базовая физикоматематическая модель.

2.2. Метод решения и разностная схема.

2.3. Общие функциональные возможности пакета

2.4. Система ввода и вывода информации
2.5. Быстродействие и работа с памятью
2.6. Выводы и результаты
Глава 3. Тестирование кода .
3.1. Общие замечания
3.2. Взаимодействие ударных волн с поверхностями
3.3 Нестационарное истечение сверхзвуковой струи в затопленное пространство
3.4. Распределение газодинамических параметров при взаимодействии погоков с поверхностями.
3.5. Распад разрыва
3.6. Выводы и результаты
Глава 4. Численное моделирование многомерных газодинамических процессов при функционировании ракетных и артиллерийских систем.
4.1. Обшие замечания
4.2. Моделирование процессов в модельном дульном тормозе
4.3. Период последействия пороховых газов на снаряд при выстреле.
4.4. Дульный глушитель.
4.5. Газодинамика старта реактивных систем.
4.6. Моделирование распространения струйных течений в помещениях ограниченного объема.
4.7. Стационарные газодинамические процессы для элементов ракет и снарядов.
4.8. Выводы и результаты.
Глава 5. Моделирование детонационных и ударно волновых процессов при взрывах гомогенных составов конденсированных взрывчатых веществ, низкоплотных взрывчатых составов и топливо воздушных смесей.
5.1. Фугасное поле и его воздействие на различные объекты
5.2. Физическая и математическая модели процессов
детонации ТВ С и КВВ в воздухе.
5.2.1. Основные принципы построения физических и математических моделей для детонации ТВС и КВВ.
5.2.2. Особенности физических моделей процесса
детонации КВВ и .
5.2.3. Математическая постановка задачи, система
уравнений и основные допущения
5.3. Базовое тестирование и результаты численных экспериментов.
5.3.1. Взрывы ТВС в замкнутых объемах
5.3.2. Детонационный взрыв КВВ в замкнутых объемах.
5.3.4. Сравнение с решением автомодельных задач
5.3.5. Взрыв заряда КВВ около жестких поверхностей.
5.3.6. Взрыв ТВС в типовой квартире
5.3.7. Взрыв противотанковой мины
5.4 Выводы и результаты.
Глава 6. Анализ процессов дефлаграции и детонации
многокомпонентных гомогенных и гетерогенных систем.
6.1. Анализ механизма и методов решения задач дефлаграции.
6.1.1. Основные представления о горении
многокомпонентных систем.
6.1.2. Режимы химических реакций в
многокомпонентных смесях
6.1.3. Физическая модель дефлаграции, выбор параметров
состояния и замыкающих соотношений
6.1.4. Анализ методов решения задачи дефлаграции многокомпонентных систем.
6.2. Разработка и предварительное тестирование солверов и системы представления данных для задач дефлаграции.
6.2.1. Математическая формулировка задачи, обоснование
метода решения и соответствующей разностной схемы
6.2.2. Результаты предварительных тестовых расчетов,
сравнение с известными данными
6.2.3. Проведение тестов по сравнению с аналитическими решениями
6.3. Анализ возможности многомерного моделирования
физических процессов в многофазных средах
6.3.1. Математические модели для описания течения
гетерогенных многокомпонентных сред.
6.3.2. Приближенная модель горения алюминиевых частиц.
6.4. Физическая и математическая формулировка односкоростной многофазной модели многокомпонентных энергоносителей, содержащих твердую фазу алюминиевые частицы
6.4.1. Моделирование процессов генерации, распространения и отражения воздушных ударных волн при взрыве многофазных систем в односкоростном
приближении. Математическая модель
6.4.2. Правые части уравнений
6.4.3. Кинетика воспламенения и горения алюминия.
6.4.4. Режимы химических реакций продуктов детонации углеводородных топлив в присутствии алюминиевых частиц
6.4.5. Выбор численных коэффициентов для определяющих с соотношений модели горения алюминиевых частиц
6.5. Анчиз уравнений состояния продуктов взрыва
высокоплотных составов СаНг,ОсН
6.5.1 Общие положения
6.5.2 Обобщенное уравнение состояния для расчета температуры продуктов детонации мультифазных
составов произвольной плотности.
6.5.3. Модель детонации многофазных систем произвольной плотности
6.5.4 Модификация алгоритма расчета параметров детонационной
волны в топливовоздушной смеси ТВС
6.6. Тестирование компьютерной версии односкоростной
многофазной модели
6.6.1. Выбор и обоснование тестовых задач
6.6.3. Анализ результатов решения тестовых задач.
6.7. Выводы и результаты.
Основные выводы и результаты по работе.
Приложение. Акты внедрения пакета Са8ПупатТоо1.
Список цитированной литературы


В соответствии с этим в схему решения естественным образом вводятся подвижные сетки, движущиеся в частности вместе с ударными волнами, контактными и другими разрывами. Существует множество вариантов метода Годунова 8. Отметим здесь методы Ро , 1, Хартена . БимаВарминга , i , , получившие значительное распространение. Основными недостатками этих методов являются следующие громоздкая процедура вычисления параметров распада разрыва, что в конечном итоге сказывается на эффективности кода и значительном увеличении затрат машинного времени при решении многомерных задач или задач с большим количеством счетных ячеек. В случае использования подвижных сеток, при наличии в поле течения тел со сложной геометрией или вихревых течений в процессе счета приводит к сильной деформации ячеек и возникновению необходимости во введении дополнительных корректирующих процедур, значительно уменьшающих эффективность и точность метода Последнее замечание , впрочем, относится не столько к методу, как к самой технологии подвижных сеток. Методы потоков x . Одним из старейших и ярких представителей данного подхода является метод ЛаксаФридрихса и его производные, среди наиболее известных частный случай базового подхода вариант ЛаксаВендрофа 4. Метод ЛаксаВендрофа был разработан в году. Упомянем здесь два известных варианта метода ЛаксаВендрофа двухшаговые предикторнокорректорные варианты метод Рихтмайера i и метод МакКормака . Как правило подобные схемы используют искусственную вязкость для стабилизации явного разрешения конечноразностных аналогов исходных уравнений. V условиям 0, 0, 7. Методы расщепления потоков x v ii x i ii 0. Наиболее известными методами расщепления вектора потока являются методы СтегераВарминга i 7, ВанI V 5, 2, Лиу Штефена i 7, ЖаБильгена i 8. Суть данного подхода заключается в разложении вектора потока на две составляющие волну идущую налево и направо. Далее, используя какой либо вариант дискретизации, аппроксимируются производные вектора потока по направлениям, перпендикулярным граням ячеек. При условии неотрицательности правой производной вектора потока по скорости и неположительности левой метод абсолютно устойчив как для правой волны так и для левой 3. В последнее десятилетие интенсивно развивались так называемые методы ограничения потоков x ii 3 и методы коррекции потоков x 3. В первом случае используются специальные функции ii, не позволяющие потоку или скорости по определенным критериям превысить некоторые значения. Тем самым достигаются , в частности, безосцилляционные решения на ударных волнах и других разрывах. Вид этих функций существенно зависит от режимов течений и типов используемых аппроксимаций. Суть методов коррекции потоков состоит в том , чтобы скорректировать поток, полученный с помощью одного метода и сделать его близким потоку полученному методом, комплиментарным первому например, методы Ро и ЛаксаВсндрофа. Не вдаваясь в технику подобного подхода, отметим, что данные методы обладают достаточно громоздкими процедурами счета. Ван Леер 1, Свеби 8уеЬу Р. К., 8, ДэвисРо 1, ЙиРо УееЯое 3. Среди огромного многообразия методов интегрирования уравнений газовой динамики оказывается всего несколько, удовлетворяющих поставленной в данной работе цели. Основными критериями должны быть простота, эффективность и универсальность. В наибольшей степени данным критериям удовлетворяют методы частиц. А именно, метод крупных частиц 8, 9. В работе используется явная двухшаговая схема с расщеплением по физическим процессам. Методология построения подобных схем, их устойчивость, сходимость и диссипативные свойства широко известны и мы не останавливаемся здесь на данных вопросах. Практически каждый метод может быть реализован несколькими способами. Наиболее существенным фактором является сеточная рефлизация разностной схемы. Опыт применения различных численных методов анализа для решения весьма широкого круга задач физики взрыва и удара позволяют сделать практические выводы о возможности и целесообразности применения известных численных методов в тех или иных приложениях. Все три представления имеют свои преимущества и недостатки.