Вычислительное моделирование теплообмена в магнитогазодинамических течениях с Т-слоем

• Автор: Нестеров, Денис Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1.1. Численные методы расчета газодинамических течений.

12. Численные методы применительно к МГДтечениям.

1.3. О возможности моделирования вихревых течений.

2. Вычислительная модель нестационарного неоднородного МГД

течения

2.1. Физическое описание модели и используемые допущения.

2.2. Математическое описание модели

2.2.1. Газодинамическая часть

2.2.2. Радиационный теплообмен.
2.2.3. Электромагнитные взаимодействия.
2.3. Вычислительный алгоритм.
2.3.1. Решение уравнений радиационного теплообмена.
2.3.2. Численное решение уравнений токовой статики.
2.3.3. Решение газодинамических уравнений
2.3.4. Реализация параллельных вычислений
2.4. Тестирование численных алгоритмов.
2.4.1. Движение и отражение ударной волны от непроницаемой стенки.
2.4.2. Перенос температурной неоднородности
2.4.3. Вынос ударной волны и температурной неоднородности за пределы расчетной области.
2.4.4. Взаимодействие поршня с газом.
2.4.5. Течение возле переднего уступа.
2.4.6. Обтекание цилиндра
2.4.7. Решения уравнения переноса сравнение модели объемного излучателя и многогруппового приближения
2.4.8. Эффект запирания излучения
2.4.9. Расчет распределения плотности токов
3. Моделирование МГДтечения в рельсовом ускорителе.
3.1. Описание эксперимента.
3.2. Постановка задачи
3.3. Используемые допущения при построении модели.
3.4. Результаты численного моделирования.
4. Двухмерное моделирование течения в канале МГДгенератора с Т
слоем..
4.1. Постановка задачи
4.2. Используемые допущения при построении модели.
4.3. Условия численных расчетов ,
4.3.1. Структура течения при различной степени МГД взаимодействия
4.3.2. Однородные начальные условия.
4.4. Выводы.
5. Моделирование процессов теплообмена в стенках канала.
5.1. Распределение теплового потока на стенки канала
5.2. Тепловой режим стенок МГДканала.
5.3. Выводы
6. Трехмерное моделирование течения в канале МГДгенератора с Тслоем
6.1. Условия моделирования.
6.2. Результаты численных расчетов.
6.2.1. Структура токового слоя при низком давлении.
6.2.2. Структура токового слоя при высоком давлении
6.2.3. Энергетические характеристики процесса
6.3. Выводы.
7. Вычислительное моделирование магнитогазодинамических процессов
в тракте импульсной МГДустановки.
7.1. Устройство установки
7.2. Структура течения в тракте установки
7.3. Динамика формирования Тслоя в МГДканале.
7.4. Выводы
Заключение.2 ,
Список литературы


Трехмерное моделирование показало, что Т-слой в МГД-канале обтекается холодными потоками газа. Вихревой характер течения приводит к постоянному изменению формы и размеров разряда около среднего значения. При этом развитие неустойчивости Релэй-Тейлора не наблюдалось: Т-слой существовал в виде единого плазменного образования. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем. Разработана комплексная вычислительная модель нестационарных неоднородных МГД-течений, включающая в себя три взаимосвязанных блока, отвечающих за расчет: газовой динамики, радиационного теплообмена и электромагнитных взаимодействий. Модель допускает одно-, двух- и трехмерную постановку задачи. Впервые получена трехмерная картина МГД-течения с Т-слоем. Выявлены основные физические механизмы влияющие на устойчивость Т-слоя и на эффективность МГД-взаимодействия. На основе полученного распределения параметров газа в МГД-канале проведен расчет теплового режима стенок при периодическом инициировании токовых слоев. Определены величины тепловых потоков и температурных градиентов, возникающих в стенках канала. Проведено трехмерное вычислительное моделирование течения с Т-слоем в тракте экспериментальной МГД-установки с учетом реальных свойств воздуха. Работа проведена в рамках плана научно-исследовательской работы Института вычислительного моделирования, раздел 5 - «Аэрогазодинамика и тепломассообмен перспективных летательных аппаратов и двигателей», подраздел 5. Управление до-, сверх- и гиперзвуковыми внешними и внутренними течениями путем силового и энергетического воздействия». Предложенная вычислительная модель может быть использована для численного моделирования неоднородных нестационарных высокотемпературных газовых течений, взаимодействующих с магнитным полем в трактах энергетических и энергодвигательных установок. Выявленные особенности течения с Т-слоем в МГД-канале при различных параметрах могут быть учтены при проектировании и разработке МГД-устройств, содержащих высокоточные разряды. В диссертации защищаются следующие положения. Вычислительная модель радиационно-конвективного теплообмена в нестационарном неоднородном МГД-течении в одно-, двух- и трехмерной постановках. Результаты численных экспериментов течения в режимах МГД-ускорителя. Результаты исследования процесса формирования Т-слоя в канале МГД-генератора и его дальнейшего взаимодействия с потоком. Результаты исследования тепловых режимов стенок канала МГД-генератора. Результаты численных расчетов параметров течения в тракте экспериментальной МГД-установки. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Девятая всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (Красноярск, ); Конференция молодых ученых ИВМ СО РАН (Красноярск, , , гг. Конференция молодых ученых Красноярского научного центра СО РАН (Красноярск, , , гт. Лаврентьева по математике, механике и физике (Новосибирск, ). Васильев Е. Н., Нестеров Д. Л. Моделирование процессов теплообмена в канале МГД-генератора с Т-слоем // Теплофизика и аэромеханика. Т - №2. С. 5-4. Васильев E. H., Нестеров Д. А. Влияние радиационно-конвективного теплообмена на формирование токового слоя // Теплофизика высоких температур. Т. . С. 1 -7. Васильев Е. Н., Нестеров Д. А. Нестационарная трехмерная вычислительная модель радиационно-конвективного теплообмена в неоднородном потоке электропроводного газа // Вестник Красноярского государственного университета, физико-математические науки. С. 3-1. Нестеров Д. А. Расчет электродинамических параметров в неоднородных магнитогазодинамических течениях // Вестник Красноярского государственного университета, физико-математические науки. С. -. Васильев E. II, Нестеров Д. А. Численное моделирование радиационноконвективного теплообмена для МГД-течения с Т-слоем // Красноярск: ИВМ СО РАН. Деп. ВИНИТИ . Автор выражает глубокую признательность член-корр. РАИ В. В. Шайдурову за научное руководство, к. В.А. Деревянко и к. В.В. Деревянко за консультации. Особую благодарность автор выражает к. Е.Н. Васильеву помощь в работе и плодотворное обсуждение результатов.