Введение к работе
Актуальность работы определяется, в первую очередь, особой важностью разработки и создания достаточно простых и надежных программных продуктов для численного моделирования процессов гидродинамики и турбулентного многокомпонентного двухфазного горения, ориентированных на российских исследователей и потребителей, но вместе с тем, наиболее адекватно отражающих особенности исследуемых процессов и использующих минимальное количество допущений.
В этой связи цель» предлагаемой диссертации являются развитие и разработка математических моделей, численных методов решения конечно-разностных уравнений и создание вычислительных программ, моделирующих процессы б энергетических агрегатах.
Для достижения этой цели потребовались разработки следующих основных положений, выносимых на защиту:
1. Предложена математическая модель гидродинамики и турбулентного многокомпонентного двухфазного горения в трехмерных агрегатах. 2 .Созданы.эффективный численный алгоритм и программа расчета для использования при решении задач гидродинамики и горения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1.Разработка математической модели расчета процессов гидродинамики и горения топлива в многомерных турбулентных потоках, которая включает в себя:
а) систему основных дифференциальных уравнений сохранения для газовой фазы, дополненную уравнениями энергии и скорости диссипации турбулентных пульсаций для расчета коэффициента турбулентной вязкости; функции смешения предварительно неперемешанных потоков и ее дисперсии с целью описания влияния турбулентности на концентрации компонентов, температуру и скорости химических реакций в рамках вероятностного подхода с введением функции плотности веро-
ятности СФПВ). имеюаей первый момент -функцию смешения и второй момент -дисперсно функции смешения.
б) систему уравнений для твердой фазы СЛагранхево описание) с описанием влияния турбулентности газовой фазы на движение частиц с использованием градиентной гипотезы и в рамках разработанного вероятностного подхода.
2. Реализация математической модели в виде нового программного продукта состоит в разработке эффективного численного алгоритма, специфика которого заключается в том, что все уравнения сохранения для газовой фазы, уравнения в модели четырех потоков для переноса излучения могут быть представлены в стандартном виде и решаться одним численным методом. Разработанный численный алгоритм включает в себя:
а) численный алгоритм решения трехмерных дискретных уравнений
движения газовой фазы в естественных переменных, основанный ка
базовом трехмерном алгоритме sihple, модифицированный численный
алгоритм решения дискретных двухмерных уравнений движения газовой
фазы в естественных переменных, распространяющий применимость
модели к сильно закрученным потокам, замечающийся во введении
дополнительного шага "предиктор-корректор", модификация источни
ков члена с целью устранения неустойчивостей, появляющихся на
начальных итерациях и использование гибридного метода релаксации
для увеличения скорости сходимости.
б) алгоритм вычисления пристеночных значений с применением
квадратичной зависимости энергии турбулентных пульсаций в лами
нарном подслое, который позволяет уменьшить размерность массива
неизвестных для энергии турбулентных пульсаций и исключает необ
ходимость решения уравнения в приграничной области.
в) разработанный и реализованный метод решения уравнений со
хранения химических компонентов и энтальпии газа, позволяющий
увеличить скорость сходимости и отличный от метода решения гидро
динамического блока, что связано с сильной зависимостью химичес
ких компонентов через источккковые члены от других переменных,
чем от значений данного химического компонента в соседних точках.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Основной текст занимает 108 страниц, рисунков 33, таблиц 15, ссылок 8S.