Компьютерное моделирование взаимодействия ударной волны со стенкой, экранированной неоднородным слоем газовзвеси 

Садин Д.В. Компьютерное моделирование взаимодействия ударной волны со стенкой, экранированной неоднородным слоем газовзвеси // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2024. Т. 24, № 4. С. 602–607. doi: 10.17586/2226-1494-2024-24-4-602-607

Введение. В современных технологиях пневмотранспорта, псевдоожижения, напыления полимеров широко используются газодисперсные среды. Особый интерес с точки зрения динамического нагружения конструкций представляют ударно-волновые процессы в газодисперсных смесях в окрестности стенок. Использование компьютерных методов моделирования позволяет снизить временные и материальные затраты на совершенствование конструкций и оптимизацию параметров технологических процессов. Метод. Динамика газовзвеси рассмотрена в эйлеровой двухконтинуальной формулировке. Для расчетов использован гибридный метод крупных частиц второго порядка аппроксимации с нелинейной коррекцией Superbee на эйлеровом и VanLeer на лагранжевом этапах. Алгоритм реализован в виде многопоточного кода решателя с обработкой графических результатов в отдельном параллельном процессе. Основные результаты. Проведено подробное численное моделирование характерных этапов взаимодействия ударной волны со стенкой, экранированной слоем мелкодисперсной газовзвеси с цилиндрической областью повышенной плотности частиц. Начало процесса (до взаимодействия прошедшей в слой газовзвеси плоской ударной волны с неоднородностью) носит одномерный характер. Дальнейшее развитие физической картины связано с существенной перестройкой течения. Огибающая цилиндрическую границу неоднородности ударная волна сходится к плоскости симметрии с образованием эффекта фокусировки. Вследствие бароклинной неустойчивости (несовпадения градиентов давления и плотности) на поверхности границы повышенной плотности образуется вихревая зона. Как показал детальный анализ результатов расчета, наиболее существенные (более, чем на порядок по отношению к начальному состоянию) всплески давления и плотности газовзвеси вызваны взаимодействиями прошедшей в неоднородность и сфокусированной ударной волной, а затем набегающим отраженным композиционным ударно-волновым импульсом. Обсуждение. Полученные результаты имеют теоретическое и прикладное значения. Выявлены новые физические эффекты отражения ударной волны от стенки, экранированной слоем газовзвеси с цилиндрической областью повышенной плотности дисперсной фракции. Определены причины последовательности всплесков давления и плотности смеси, которые могут приводить к воспламенению и детонации горючей дисперсной фазы. Разработанный численный алгоритм и методика компьютерного моделирования могут лежать в основе анализа ударно-волновых явлений в окрестности стенок конструкций и обоснования рациональных параметров технологических газопорошковых технологий.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License