Численное моделирование взаимодействия газовзвеси с ударной волной континуальными математическими моделями с идеальной и диссипативными несущими средами

Бесплатный доступ

В данной работе проводится сопоставление компьютерных реализаций численных алгоритмов решения уравнений математических моделей динамики газовзвесей с вязкой теплопроводной, невязкой теплопроводной и идеальной несущими средами. Математические модели разработаны в рамках континуальной методики моделирования динамики многофазных сред. В исследовании моделировался часто встречающейся в горной промышленности процесс взаимодействия ударной волны, движущейся из однородного газа в газовзвесь. Актуальность исследования данного течения неоднородных сред связана с экранированием аэрозольными завесами промышленных взрывов. При моделировании для вязкой среды задавались однородные граничные условия Дирихле, для невязкой среды однородные граничные условия Неймана. Уравнения математической модели интегрировались конечно-разностным методом Мак-Кормака. Для преодоления численных осцилляций применялась нелинейная схема коррекции сеточных функций. Программа, реализующая континуальную методику динамики многофазных сред, состояла из блока задания граничных условий, блока, реализующего численное решение, блока учета межфазного взаимодействия. В результате сопоставления численных расчетов математических моделей динамики газовзвеси с идеальной, невязкой теплопроводной и вязкой теплопроводной несущими средами было выявлено, что в процессе движения газовзвеси наибольшее влияние на интенсивность межфазного обмена импульсом оказывает учет вязкости несущей среды газовзвеси.

Еще

Численное моделирование, конечно-разностная схема, многофазные среды, континуальная модель, межфазное взаимодействие, уравнение эйлера, уравнение навье-стокса

Короткий адрес: https://sciup.org/147239439

IDR: 147239439   |   DOI: 10.14529/cmse220405

Список литературы Численное моделирование взаимодействия газовзвеси с ударной волной континуальными математическими моделями с идеальной и диссипативными несущими средами

  • Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Москва: Изд-во «Дрофа», 2003. 784 с.
  • Флетчер К. Ввічислителвнвіе методві в динамике жидкостей: В 2-х т.: Т. 2. Пер. с англ. Москва: Изд-во «Мир», 1991. 552 с.
  • Музафаров И.Ф., Утюжников С.В. Применение компактнвіх разностнвіх схем к исследованию нестационарнвіх течений сжимаемого газа // Математическое моделирование. 1993. Т. 2, № 3. С. 74-83.
  • Тукмаков А.Л. Зависимости механизма дрейфа твердой частицві в нелинейном волновом поле ОТ ее ПОСТОЯННОЙ времени И длителвности прохождения ВОЛНОВВІХ фронтов // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52, № 4. С. 106-115.
  • Ленская О.Ю., Абдуллаев С.М., Приказчиков А.И., Соболев Д.Н. Численное моделирование характеристик пограничного слоя атмосферні крупного промышленного города (на примере г. Челябинска) // Вестник Южно-Уралвского государственного университета. Серия: Ввічислителвная математика и информатика. 2013. Т. 2, № 2. С. 65-82. DOI: 10.14529/cmsel30206.
  • Волков В.Ю., Голибродо Л.А., Крутиков А.А. и др. Разномасштабнвіе задачи тепломассообмена в атомной энергетике // Вестник Южно-Уралвского государственного университета. Серия: Ввічислителвная математика и информатика. 2017. Т. 6, № 4. С. 60-73. DOI: 10.14529/cmsel70405.
  • Проценко С.В., Атаян А.М., Чистяков А.Е. и др. Эксперименталвное исследование синовніх нагрузок на опорні надводной конструкции на основе математической модели ВОЛНОВВІХ процессов // Вестник Южно-Уралвского государственного университета. Серия: Ввічислителвная математика и информатика. 2019. Т. 8, № 3. С. 27-42. DOI: 10.14529/cmsel90302.
  • Мадалиев М.Э. Численное исследование осесимметричнвіх струйнвіх течений на основе турбулентной модели щ-92 // Вестник Южно-Уралвского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2020. Т. 9, № 4. С. 67-78. DOI: 10.14529/cmse200405.
  • Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. Москва: Изд-во «Наука», 1987. 464 с.
  • Кутушев А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. Санкт-Петербург: Изд-во «Недра», 2003. 284 с.
  • Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. Новосибирск: Изд-во «Параллель», 2015. 301 с.
  • Fedorov Y.V., Panin К.A. Heat and mass transfer in the acoustics of liquid with encapsulated droplets // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2022. Vol. 43, no. 2. P. 376-380. DOI: 10.1134/S1995080222050122.
  • Хачай О.А., Хачай А.Ю. Моделирование сейсмического поля в акустическом приближении двухфазных, иерархически неоднородных сред // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2014. Т. 3, № 1. С. 33-43. DOI: 10.14529/cmsel40103.
  • Черкесов Л.В., Шульга Т.Я. Исследование влияния стационарных течений на динамические процессы и эволюцию загрязнений в азовском море // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2017. Т. 6, № 1. С. 56-72. DOI: 10.14529/cmsel70104.
  • Равшанов Н., Курбонов Н.М. Компьютерное моделирование процесса фильтрации флюидов в пористых средах // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2015. Т. 4, № 2. С. 89-106. DOI: 10.14529/cmsel50207.
  • Суров В.С. Гиперболическая модель односкоростной теплопроводной смеси с учетом межфракционного теплообмена // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56, № 6. С. 914-923. DOI: 10.31857/S004036440003570-1.
  • Садии Д.В., Голиков И.О., Давидчук В.А. Моделирование взаимодействия ударной волны с ограниченным неоднородным слоем газовзвеси гибридным методом крупных частиц // Вычислительные методы и программирование. 2021. Т. 22, № 1. С. 1-13. DOI: 10.26089/NumMet.v22rl01.
  • Liu С., Zhao Y., Tian Z., Zhou H. Numerical Simulation of Condensation of Natural Fog Aerosol under Acoustic Wave Action // Aerosol Air and Quality Reserch. 2021. Vol. 21, no. .4. P. 1-21. DOI: 10.4209/aaqr.2020.06.0361.
  • Веревкин А.А., Циркунов Ю.М. Течение дисперсной примеси в сопле Лаваля и рабочей секции двухфазной гиперзвуковой ударной трубы // Прикладная механика и техническая физика. 2008. Т. 49, № 5. С. 102-113.
  • Yeom G.S., Chang К.S. Shock wave diffraction about a wedge in a gas-microdroplet mixture // International journal of heat and mass transfer. 2010. Vol. 53. P. 5073-5088. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2010.07.056.
  • Saurel R., Boivin P., Le Metayer O. A general formulation for cavitating, boiling and evaporating flows // Computers and Fluids. 2016. Vol. 128. P. 53-64. DOI: 10.1016/j.compfluid.2016.01.004.
  • Kapila А.К., Schwendeman D.W., Gambino J.R., Henshaw W.D. A numerical study of the dynamics of detonation initiated by cavity collapse // Shock Waves. 2015. Vol. 25. P. 545-572. DOI: 10.1007/s00193-015-0597-9.
  • Watanabe H., Matsuo A., Chinnayya A., et al. Numerical analysis of the mean structure of gaseous detonation with dilute water spray // Journal of Fluid Mechanics. 2020. Vol. 887. DOI: 10.1017/jfm.2019.1018.
  • Тукмаков Д.А. Численное исследование динамики газовзвесей в нелинейнвіх волно-ВВІХ полях: дис. канд. физ-мат. наук: 01.02.05. Казанский (Приволжский) федералвнвій университет, Казани, 2015. 135 с. URL: https://kpfu. ru/dis_card?p_id=1958 (дата обращения: 08.09.2022).
  • Нигматулин Р.И., Губайдуллин Д.А., Тукмаков Д.А. Ударно-волновой разлет газовзвесей // Докладні академии наук. 2016. Т. 466, № 4. С. 418-421. DOI: 10.7868/S0869565216040101.
  • Тукмаков Д.А. Численное исследование влияния плотности материала дисперсной компонентні на интенсивноств генерации акустического импулвса в электрически заряженной газовзвеси // Математические заметки СВФУ. 2020. Т. 27, № 4. С. 99-109. DOI: 10.25587/SVFU.2020.77.39.008.
  • Тукмаков Д.А. Сопоставление математических моделей динамики электрически заря-женнБіх газовзвесей для различнвіх концентраций дисперсной компонентні // Прикладная информатика. 2022. Т. 17, № 1. С. 39-54. DOI: 10.37791/2687-0649-2022-17-1-39-54.
  • Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. Численное исследование влияния параметров дисперс-HBIX частиц на осаждение твердой фазні электрически заряженной полидисперсной газовзвеси // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2022. Т. 12, № 1. С. 90-102. DOI: 10.18500/1816-9791-2022-22-1-90-102.
Еще
Статья научная