Численное моделирование нестационарных течений реагирующего газа с явным выделением произвольного числа взаимодействующих разрывов
Диссертация
Процессы, протекающие во многих реальных установках, могут быть описаны в рамках квазиодномерного нестационарного приближения. Построение экономичных схем расчета невозможно без серьезного анализа свойств и особенностей численно решаемых уравнений. Квазиодномерные нестационарные дифференциальные уравнения динамики течений реагирующего газа по типу относятся к гиперболическим и имеют три семейства… Читать ещё >
Содержание
- СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ
- Глава 1. Сеточно-характеристический метод для расчета квазиодномерных нестационарных течений реагирующего газа с явным выделением произвольного числа взаимодействующих разрывов
- 1. 1. Математическая модель
- 1. 2. Алгоритм решения начально-краевой задачи с явным выделением произвольного числа сильных и слабых разрывов
- 1. 2. 1. Определение координат подвижных узлов
- 1. 2. 2. Расчет точки в поле течения
- 1. 2. 3. Расчет точки на контактном разрыве
- 1. 2. 4. Расчет точки на ударной волне
- 1. 2. 5. Расчет точки на границе области
- 1. 2. 6. Расчет точки на характеристике
- 1. 2. 7. Обработка взаимодействий
- 1. 3. Модельные задачи
- Выводы к главе 1
- Глава 2. Комплекс программ для задания, хранения, визуализации и анализа результатов численного моделирования одномерных нестационарных задач физической газовой динамики
- 2. 1. Назначение и структура комплекса
- 2. 2. Задание входных данных для расчетного модуля
- 2. 3. Графическая обработка расчетных данных
- 2. 4. Особенности программы визуализация
- 2. 5. База данных термодинамических свойств индивидуальных веществ и кинетических механизмов
- Выводы к главе 2
- Глава 3. Моделирование влияния колебательной релаксации и электронного возбуждения на структуру ударной волны в кислороде
- 3. 1. Роль термической неравновесности в моделировании химической кинетики на примере диссоциации молекулярного кислорода за фронтом ударной волны
- 3. 1. 1. Математическая модель
- 3. 1. 2. Исследования термической неравновесности за фронтом стационарной ударной волны
- 3. 1. 3. Термическая неравновесность при нестационарном распространении ударной волны
- 3. 2. Влияние электронного возбуждения на структуру ударной волны в кислороде
- 3. 2. 1. Постановка задачи
- 3. 2. 2. Математическая модель
- 3. 2. 3. Стационарная ударная волна
- 3. 1. Роль термической неравновесности в моделировании химической кинетики на примере диссоциации молекулярного кислорода за фронтом ударной волны
- 4. 1. Задача об инициировании детонации за отражённой ударной волной
- 4. 2. Моделирование эксперимента В. А. Павлова в ударной трубе
- 4. 2. 1. Экспериментальная установка
- 4. 2. 2. Моделирование экспериментов в стационарной постановке
- 4. 2. 3. Моделирование экспериментов в нестационарной постановке
Список литературы
- Гипинский С.М., Теленин Г. Ф., Тиняков Г. П. Метод расчета сверхзвукового обтекания затупленных тел с отошедшей ударной волной // Изв. АН СССР. Мех. и маш, 1964, № 4, С.9−28.
- Белоцерковский О.М. и др. Обтекание затупленных тел сверхзвуковым потоком газа. Теоретические и экспериментальные исследования. М.: ВЦ АН СССР, 1966, С. 340.
- Любимов А.Н., Русанов В. В. Течения газа около тупых тел. 4.1. М.: Наука, 1970, С. 282.
- Бутаков В.А. Метод расчета течений идеального газа с выделением ударных волн. Примеры течений около тел с протоком // Исследование газодинамики и теплообмена сложных течений однородных и многофазных сред. М: Изд-во МГУ, 1990, С.20−25.
- Моретти Дж. К вопросу о выделении скачка //Численное решение задач гидромеханики. М.: Мир, 1977, С.55−63.
- Белоцерковский О.М., Грудницкий В. Г., Рыгалин В. Н. Выделение разрывов при расчете одномерных нестационарных течений газа // ДАН СССР, 1983, Т.272, № 1, С.49−52.
- О.А. Азарова, В. В. Власов, ВТ. Грудницкий, В. Н. Рыгалин. Расчёты одномерных газодинамических течений с выделением ударных волн и контактных разрывов. // Сб. Алгоритмы для численного исследования разрывных течений, 1993, с.56−80.
- О.А. Азарова, В. В. Власов, В. Г. Грудницкий, Н. А. Попов, В. Н. Рыгалин. Разностная схема на минимальном шаблоне и её применение в алгоритмах выделения разрывов. // Сб. Алгоритмы для численного исследования разрывных течений, 1993, с.9−56.
- Крайко А.Н., Макаров В. Е., Тгшляева Н.И К численному построению ударных волн //ЖВМ и МФ, 1980, Т.20, № 3, С.716−723.
- Капитанец П.И., Лунев В. В. Ударно-характеристический метод решения разрывных газодинамических задач //ЖВМ МФ, 1988, Т. 28, № 6, С.945−950.
- Кенцер Ч. Дискретизация граничных условий на движущихся разрывах //Численные методы в механике жидкости. М.: Мир, 1973, С.62−72.
- Грудницкий В, Г. Прямой обобщенно-характеристический метод для расчета разрывных решений законов сохранения газовой динамики. // Матем. Моделирование, 2004, т. 16., № 1, с.90−96.
- Стулов В.Я. Расчет невязких течений газа с внутренними разрывами. // Матем. Моделирование, 1992, т.4., № 12, с.97−105.
- Кутлер П., Уорминг Р., Ломаке Ю. Расчет обтекания транспортного космического корабля с использованием нецентральных разностных схем //Ракетная техника и космонавтика, 1973, T. l 1, № 2, С.86−97.
- В.Г. Грудницкий. Обобщённые характеристики для систем уравнений Эйлера и их применение к конструированию численных схем. // Матем. Моделирование, 1992, т.4, № 12, с.45−48.
- Котельников В.А., Волков В. А., Гидаспов В. Ю., Котельников М.В., Хохлов
- A.В. Математическое моделирование обтекания тел слабоионизованной столкновительной плазмой. // М.: Изд-во МАИ, 2007. 144 е.: ил.
- Волков В.А., Гидаспов В. Ю., Пиру мое У.Г., Стрельцов В. Ю. Численное моделирование течений реагирующих газокапельных и газовых смесей в экспериментах по воспламенению метанолаУ/ ТВТ, 1998, N 3.
- В.Г. Грудницкий. Достаточное условие устойчивости многомерного расчёта нестационарных разрывных решений уравнений Эйлера. // Матем. Моделирование, 2000, т. 12, № 1, с.65−77.
- В.Ю.Гидаспов, И. Э. Иванов, ИА. Крюков, И. М. Набоко, В. А. Петухов,
- B.Ю.Стрельцов. Исследование распространения волн горения и детонации вкумулирующем объеме// Математическое моделирование, 2004, т. 16, № 6, с. 118−122.
- В.Ю. Гидаспов. Вычислительный алгоритм решения задачи о распаде произвольного разрыва в равновесно-реагирующем газе// Математическое моделирование, 2006, т. 18, н. 8, стр. 64−76.
- Численные методы в газовой динамике. Под редакцией Павлова Б. М., Рослякова Г. С., Чудова JI.A. М.: Изд-во МГУ, 1965.-304 с.
- Волков В.Ф. Расчет взаимодействия двух пластин при обтекании сверхзвуковым потоком невязкого газа //Аэродинамическая интерференция при обтекании пространственных тел. Новосибирск: ИТПМ СО АН СССР, 1980, СЗ-19.
- Баженова Т. В., Гвоздева Л. Г. Нестационарные взаимодействия ударных волн. М., Наука, 1977, 274 с.
- Демьянов Ю. А., Секриеру Г. В., Игогиин А. И., Киреев В. Т., Пинский B.JI. Одномерные нестационарные течения реального газа. Кишинев, Штиница, 1980, 188 с.
- Денисов Е.Т. Кинетика гомогенных химических реакций. М., Высшая школа, 1978, 367 с.
- Денисов Ю. Н. Газодинамика детонационных структур. М., Машиностроение, 1989, 176 с.
- Детонация конденсированных и газовых систем. М., Наука, 986, 318 с.
- Нетлетон М. Детонация в газах. Пер. с англ. М.: Мир, 1989, 280
- Э. Оран, Дж. Борис. Численное моделирование реагирующих потоков. М.: Мир, 1990, 661 с.
- Основы газовой динамики: пер. с англ. / ред. Г. Эммонс. М., ИИЛ, 1963, 702 с.
- Пирумов У. Г. Обратная задача теории сопла М: Машиностроение, 1988, 240 с.
- Пирумов У. Г, Росляков Г. С. Течение газа в соплах. -М, МГУ, 1978, 352 с.
- Пирумов У. Г., Росляков Г. С. Газовая динамика сопел. -М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. 368 с.
- К.П.Станюкович. Неустановившиеся движения сплошной среды. Москва, Наука, 1971, 856 с.
- Черный Г. Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988, 424 с.
- Современные численные методы решения обыкновенных дифференциальных уравнений. / Пер, с англ. //Под ред. Дж. Холл и Дж. Уатт. -М., Мир, 1979.
- Волков В. А., Мусин В. Р., Прохоров М. Б. Численный метод решения системы конечно-разностных уравнений химической кинетики. // Тематический сборник научных трудов. МАИ. 1988.
- Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я., Крайко А. П., Прокопов Г. П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. Под ред. С. К. Годунова. М.: Наука, 1976,400 с.
- Oran E.S., Boris J.P. Weak and Strong Ignition: II, Sensitivity of the Hydrogen-Oxyden System, Comb. Flame, 48, 145−161, 1982.
- Oran E.S., Young T.R., Boris J.P., Coxen A. Weak and Strong Ignition: I, Numerical Simulation of Shock Tube Experiments, Comb. Flame, 48, 135−148, 1982.
- Harten A., Osher S. Uniformly high-order accurate nonoscillatory schemes. // SIAM Journal Numer. Anal., 1987, № 2, pp. 279−309.
- Harten A. Preliminary results on the extension of ENO schemes to two-dimensional problems, in Nonlinear Hyperbolic Problems (St. Etienne, 1986), C. Carasso, P.-A. Raviart and D. Serre (Eds.), Lect. Notes in Math., pp. 23−40,Springer, Berlin, 1987.
- Liu X.-D., Osher S., Chan T. Weighted essentially non-oscillatory schemes, // Journal of Computation Physics, 1994, № 1, pp.200−212.
- Bauer P. A., Dabora E. K, Manson N. Chronology of early research on detonation wave // Dynamics of Detonations and Explosions: Detonations / A. L.
- Gelfand В. E., Frolov S. M., Nettleton M. A. Gaseous detonations — a selective review // Prog. Energy Combust. Sci. 1991.V. 17. P. 327−371.
- Васильев А. А., Митрофанов В. В., Топчиян М. Е. Детонационные волны в газах // Физика горения и взрыва. 1987. Т. 23, № 5.С. 109−131.
- Гусева Н.С. Сравнение различных методов расчета АД. // Тезисы докладов XI Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам, Москва-Истра, 2−6 июля 2001 г. — М.: Изд-во МАИ, 2001, с. 165−166.
- Гидаспов В.Ю., Пирумов У. Г., Северина Н. С. Математическое моделирование квазиодномерных нестационарных течений реагирующего газа с произвольным числом взаимодействующих разрывов. // Вестник МАИ. М.: Изд-во МАИ, 2008. -т.15, № 5, с. 83−94
- Гидаспов В.Ю., Лосев С. А., Северина Н. С., Ярыгина В. Н. Влияние электронного возбуждения на структуру ударной волны в кислороде. // Вестник МАИ. М.:Изд-во МАИ, 2009. т.16, № 2, с. 93−100
- Гидаспов В.Ю., Лосев С. А., Северина Н.С, Роль термической неравновесности в моделировании химической кинетики на примере диссоциации молекулярного кислорода за фронтом ударной волны. // Математическое моделирование. 2009, т.21, № 9, с. 3−15.
- Физико-химические процессы в газовой динамике. Справочник. Том первый. Динамика физико-химических процессов в газе и плазме (второе издание). М.: Изд-во Научный мир, 2007, 400 с.
- Лосев С.А., Ковач Э.А, Погосбекян М. Ю., Сергиевская А. Л. Моделирование физико-химических процессов в сильных ударных волнах. // Электронный журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике» http://www.chemphys.edu.ru Том 1,2003−12−24−001.
- Моделирование колебательной релаксации двухатомных молекул при высоких температурах. Отчет НИИМеханики МГУ № 4736. стр.46−54, 2004.
- Park С. Nonequilibrium Hypersonic Aerothermodynamics. Wiley. NY., 1990.
- Шаталов О.П. Исследование колебательного возбуждения, дезактивации и диссоциации молекул кислорода в сильных ударных волнах и охлаждающихся потоках. Дисс. канд. физ.-мат. наук. М. 1973.
- Шаталов О.П. О диссоциации молекулярного кислорода в отсутствие колебательного равновесия. Физика горения и взрыва, 1973, № 5, стр.699−703.
- Куликов С.В., Смирнов A.JI., Терновая О. Н. Влияние поступательной неравновесности смеси 02 и инертных газов на одноступенчатую диссоциацию С>2 во фронте ударной волны. // Химическая физика. 2000, том 19, № 12, стр.53−61.
- Горелов В.А., Комаров В. Н., Кузнецов М. М., Юмашев В. Л. О влиянии поступательной неравновесности на скорость молекулярной диссоциации в гиперзвуковой ударной волне. // Журнал Прикладной Механики и Технической Физики. 2001, том 42, № 2, стр.42−51.
- Великодный В.Ю., Битюрын В. А. Влияние эффектов поступательной неравновесности на кинетику физико-химических превращений во фронте ударной волны. // Письма в Журнал Технической Физики. 1996, том 22, вып.4, стр.39−45.
- Нагнибеда Е.А., Kycmoea Е.В. Кинетическая теория процессов переноса и релаксации в потоках неравновесных реагирующих газов. // СПб.: Изд-во СПб гос. ун-та, 2003, 272 с.
- Ступоченко Е.В., Лосев С. А., Осипов А. И. Релаксационные процессы в ударных волнах. // М.: Наука, 1965, 474 с.
- А.В.Виноградов, В. А Волков, В. Ю. Гидаспов. Метод расчета нестационарных реагирующих течений с явным выделением поверхностей сильных и слабых разрывов. // Математическое моделирование, том 8, N 3, 1996, с. 79−90.
- Aliat A., Kustova E.V., Chikhaoui А. II Chemical Physics, 2005, Vol.314, pp.3 7−47.
- A.M. Старик, H.C. Титова. //Кинетика и катализ. 20 036 Т.43, № 1, с.1−12.
- Физико-химические процессы в газовой динамике. Справочник. Том второй. Физико-химическая кинетика и термодинамика. М. Научно-изд. Центр механики. 2002.
- Л.В. Гурвич, И. В. Вещ, В. А. Медведев и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ: Справочное издание в 4-х т. //. М.: Наука, 1978.
- Павлов В.А., http://www.chemphvs.edu.ги/, 2009 г, том 8.
- Ибрагимова Л.Б., Смехов Г. Д., Шаталов О.П., http://www. chemphvs. edu. ги/, 2009 г, том 8.
- Roe P.L. Approximate Riemann Solvers, Parameter Vectors and Difference Schemes, J. Сотр. Phys., 43,357−372,1981.
- Roe P. Approximate Riemann Solvers, Parameter Vectors and Different Schemes//J. Comput. Phys., 1981, v.43,N2, 357−372.
- Schuster A. Philos. Trans. Roy. Soc. London A, 1893, vol. 152, p. 21.
- Sod G. A' Survey of Several Finite Difference Methods Systems of Nonlinear Hyperbolic Conservation Zaws.- J. Comput. Phis, v. 27, 1978, pp. 1−31.
- Van Leer B. Lect. Notes Phys. 1982. v. 170. pp. 507−512 .
- Иванов И.Э., Крюков HA. Квазимонотонный метод повышенного порядка точности для расчета внутренних и струйных течений невязкого газа. // Математическое моделирование, т.8, № 6, 1996, с. 47−55.
- Дремин А.Н., Савров С. Д., Трофимов В. А., Шведов К. К. Детонационные волны в конденсированных средах / М.: Наука, 1970.
- Воронин Д. В., Ждан С. А. Об одномерной неустойчивости детонационных волн в распылах // Физика горения и взрыва. 1986. Т. 22,№ 4. С. 92−98.
- Зельдович Я. Б., КомпанеецА. С. Теория детонации. М.: Гостехиздат, 1955.
- Николаев Ю.А., Топчиян М. Е. Расчет равновесных течений в детонационных волнах в газах // Физика горения и взрыва. 1977.Т. 13, № 3. С. 393−404.
- Левин В. А., Марков В. В. Возникновение детонации при концентрированном подводе энергии // Физика горения и взрыва. 1975.Т. 11, № 4. С. 623−633.
- Щетинков Е. С. Физика горения газов. М.:Наука, 1965.
- Николаев Ю. А. Обобщенная модель кинетики химических реакций в водородокислородных газовых смесях // Физика горения и взрыва. 1994. Т. 30, № 1. С. 66−72.
- Азатян В. В., Бакланов Д. И., Гвоздева Л. Г. и др. Ингибирование развившейся детонации водородно-воздушных смесей //Докл. АН. 2001. Т. 376, № 1.С. 55−58. '
- Николаев Ю. А. Приближенное моделирование, модель кинетики и калорическое уравнение состояния химически реагирующих газовых смесей при высоких температурах //Физика горения и взрыва. 2001. Т. 37, № 1.С. 6−15.
- Николаев Ю. А., Фомин П. А. О расчете равновесных течений химически реагирующих газов // Физика горения и взрыва. 1982.Т. 18, № 1. С. 66−72.
- Фомин П- А., Трогрок А. В. Приближенный расчет изоэнтропы химически равновесного газа // Физика горения и взрыва. 1995.Т. 31, № 4. С. 59−62.
- Николаев Ю. А. Распространение плоских пересжатых детонационных волн в газах//Физика горения и взрыва. 1995. Т. 31, № 5.С. 101−113.
- Химия горения: Пер. с англ / Под ред.У. Гардинера-мл. М.: Мир, 1988.
- Николаев Ю.А., ЗакД.В. Квазиодномерная модель самоподдерживающейся многофронтовой газовой детонации с учетом потерь и турбулентности // Физика горения и взрыва.1989. Т. 25, № 2. С. 103−112.
- Николаев Ю. А., Гапонов О. 77. О пределах детонации в газах // Физика горения ивзрыва. 1995. Т. 31, № 3. С. 139−145.
- Бедарев И. А., Федоров А. В. Сравнительный анализ трех математических моделей воспламенения водорода // Физика горения и взрыва. 2006, Т. 42, № 1, с. 26−33.
- Гриб А. А., 1941 — цитируется по: К. П. Станюкович. Неустановившиеся движения сплошной среды. М.: Гос. изд-во техн.-теор. лит., 1955. С. 364.
- Ждан С. А. Расчет взрыва газовых смесей с учетом сдвига химического равновесияпродуктов // Физика горения и взрыва. 1983.Т. 19, № 1. С. 131−135.
- Астапов Н. С, Николаев Ю. А., Улъяницкий В. Ю. О параметрах детонации водородно-кислородных и водородно-воздушных смесей при высокой начальной плотности // Физика горения и взрыва. 1984.Т. 20, № 1. С. 98−105.
- Николаев Ю. А., Васильев А. А., Улъяницкий В. Ю. Газовая детонация и ее применение в технике и технологиях (обзор). // Физика горения и взрыва, 2003, т. 39, № 4.
- Котельников В.А., Волков В. А., Гидаспов В. Ю., Котельников М. В., Хохлов А. В. Математическое моделирование обтекания тел слабоионизованной столкновительной плазмой. // М.: Изд-во МАИ, 2007. 144 е.: ил.
- Адрианов А.Л., У сков В.Н., Старых A.JI. Интерференция стационарных газодинамических разрывов. Новосибирск: ВО «Наука». Сибирская издательская фирма, 1995. — 180 с.
- Гладилин A.M., Григоров А. И., Сагидуллин Г. Г. Детонационные процессы вдвухфазных средах. М.: Недра, 1991. — 144 е.: ил.
- Нетлетон М. Детонация в газах. Пер. с англ. М.:Мир, 1989. — 280 с.:илл.
- Shu, С. —W. & Osher, S. 1989 Efficient implementation of essentially non-oscillatory shock-capturing schemes II. J. Сотр. Phys. 83, 32−78.
- Dohi Т., Hayashi A.K., Ogawa S. Numerical simulations of layered detonation using a detailed hydrogen chemistry /21 si International Symposium on Shock Waves, Great Keppel Island, Australia, July 20−25, 1997, Paper 2660.