Введение к работе
Актуальность работы Одним из самых сложных экспериментов является крупномасштабный взрыв в атмосфере Земли. Подобного рода процессы сопровождают также распространение ударных волн, вызванных лазерным излучением или попаданием метеоритов в атмосферу Земли. При этом формируется сложная картина газодинамического течения и кинетики физико-химических процессов. Поскольку взрыв в атмосфере экологически опасен, а также является одним из самых дорогих экспериментов, изучение данной задачи экспериментальным путем затруднительно.
Математическое моделирование взрыва на основе моделей, адекватно описывающих физические процессы, позволяет во многих случаях упростить проведение крупных и дорогостоящих экспериментов.
В последнее время основное внимание при теоретическом изучении взрыва уделялось исследованию влияния различных физических факторов на распространение взрывных волн. Однако из-за сложности физико-химических процессов протекающих при взрывах ранее, как правило, моделирование явлений проводилось с учетом предположений, которые позволяют оценить влияние различных процессов на распространение взрывной волны лишь в общих чертах.
Поэтому разработка эффективного алгоритма и создание програмного комплекса^ позволяющего моделировать ззрыв в атмосфере Земли и исследование взаимного влияния неравновесных физико-химических процессов на газодинамической стадии взрыва является актуальной задачей.
Цепь работы Разработка методики математического моделирования взрыва в неоднородной атмосфере с учетом неравновесных физико-химических процессов и создание по данной
методике комплекса вычислительных программ для исследования газодинамической стадии взрыва.
Научная новизна Разработана методика решения самосогласованной двумерной задачи о взрыве с учетом неравновесных химических процессов, излучения, влияния магнитного поля Земли и конденсации испаренного вещества на газодинамику взрыва. Методика основана на идеях методов расщепления уравнений, коррекции потоков и принципа векторных вычислений. По разработанной методике создан комплекс вычислительных программ "TERMIC", позволяющий моделировать взрывы в атмосфере на ЭВМ с векторным процессором. Исследовано влияние неравновесности химических процессов на газодинамику взрыва. Показано, что содержание пара в разлетающемся облаке, а также наличие химических процессов может привести как к усилению ударной волны, так и к ее ослаблению.' Расчеты газодинамической стадии взрыва с учетом перечисленных выше факторов проведены для различных высот Свплоть до 150 км>.
Решена двумерная задача о взрыве малой интенсивности с учетом конденсации испаренного вещества, в предположении трехфазного течения системы: газа, пара и капель жидкости. Проанализирована эволюция функции распределения капель в зависимости от их размеров при конденсации пара. Установлено, что при взрыве в неоднородной атмосфере в направлении увеличения высоты средний радиус капель и степень конденсации больше, чем при движении вниз.
Рассмотрена задача о взаимодействии двух термиков, образовавшихся в результате взрывов соосных зарядов в неоднородной атмосфере. Показано, что при их взаимодействии наблюдается переток газа из нижнего термика в верхний.
Проанализировано искажение внешнего магнитного поля взрывной в'олной. Проведен расчет формирования
электромагнитного инпульса в окружающей атмосфере и его релаксация вследствие диффузии магнитного поля в область движения газа при охлаждении.
Результаты этих исследований, а также методика математического моделирования взрыва в неоднородной атмосфере представляются автором к зашите.
Практическая ценность На основе метода растепления, схемы коррекции потоков, общих принципах решения жестких дифференциальных уравнений и предложеннЪго " метода векторных вычислений создан комплекс программ "TERMIC", позволявший исследовать газодинамическую стадию взрыва на ЭВМ типа "convex". В разработанном комплексе программ предусмотрена коррекция и уточнение математических моделей отдельных физических процессов.
Внедрение результатов Полученные результаты использованы при выполнении научно-исследовательских работ МИФИ.
Аппробация работы Основные результаты работы докладывались на кафедре математической физики МИФИ, кафедре физики высоких энергий МИФИ, в ИФЗ на семинаре И.В. Немчинова, а также на семинаре в РНЦ "Курчатовский Институт" отдела ОПН ИРТМ.
Публикации По теме Диссертации опубликовано 12 печатных работ.
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка литературы из' 43 наименований. Всего 140 стр., 47 рисунков, 3 таблицы.