Численное моделирование газодинамических процессов в модельных твердотопливных двигателях

Представлена вычислительная методика моделирования нестационарных течений газовой смеси в проточных трактах и камерах ракетных двигателей на твердом топливе. Методика ориентирована на использование суперкомпьютерных технологий для трёхмерного моделирования двигательных установок с имитацией процесса горения твердого вещества с помощью постановки специализированных граничных условий, приближенных к реалистичным условиям. Перспективная цель –– переход к виртуальному моделированию рабочих процессов вместо дорогостоящих натурных экспериментов. Математической основой описания динамики многокомпонентной газовой смеси является система уравнений Навье-Стокса, пополненная уравнениями конвекции-диффузии компонентов смеси. Характеристики смеси (вязкость, теплопроводность, теплоемкость и диффузия) находятся усреднением соответствующих величин отдельных химических компонентов. Вычислительная модель сочетает преимущества приема расщепления системы определяющих уравнений, надежность схемы С.К. Годунова реализации конвективного этапа и алгоритмическую эффективности чебышевской схемы при решении параболической системы уравнений на диффузионном этапе. Полный вычислительный алгоритм реализован на языке C++ как система программ с инструментами повышения вычислительной производительности, включающими использование параллельных технологий для суперкомпьютеров с распределенной и общей памятью и графических процессоров. Эффективность подхода подтверждена расчетными исследованиями сложных нестационарных течений. Представленные результаты расчетов газодинамических параметров модельных устройств свидетельствуют о корректности принятой постановки задачи с формулировкой условий, определяющих закон изменения массового потока высокотемпературной газовой смеси на заданной входной границе расчетной области.