Многомасштабный подход к моделированию сложных переходных процессов движения жидкостей в технических системах

В работе приводится описание многомасштабного подхода для моделирования процессов течений двухфазных сред в сложных технических системах. В основе многомасштабного подхода лежит как разделение расчетной области на подобласти с собственной системой уравнений, так и расщепление исходной системы уравнений на несколько подсистем для каждого из рассматриваемого масштабов. В качестве примера возможного применения многомасштабной модели рассматривается задача определения акустического шума в дальнем поле при старте ракеты-носителя с учетом подачи воды в газовые струи двигательной установки. Другими областями применения многомасштабной модели можно указать задачи нефтегазовой отрасли: глушение газодобывающих скважин, расположенных на большой глубине, глушение нефтяных скважин с высоким газовым фактором на месторождениях. Предлагаемая многомасштабная математическая модель включает в себя 5 подмоделей: 1) подмодель газодинамики высокоскоростных многокомпонентных течений смеси газов; 2) подмодель гидродинамики течения двухфазной смеси в гомогенном приближении с учетом сжимаемости газовой фазы и обмена массой между фазами; 3) подмодель переноса межфазной границы; 4) подмодель переноса облака капель и его взаимодействия с газожидкостной средой; 5) подмодель оценки шума в дальнем поле на основе акустической аналогии Ффоукс Вильямса-Хоукинга. Предложенная в рамках многомасштабного подхода модель может быть расширена для включения дополнительных моделей - таких, например, как Эйлерова-Лагранжева модель атомизации струй на основе уравнения эволюции плотности межфазной поверхности. Реализация подмоделей может быть выполнена на основе пакетов с открытым исходным кодом: OpenFOAM, Nektar++, ITHACA-FV. Подмодели акустики и гибридный алгоритм решения уравнений сжимаемой гомогенной двухфазной среды реализованы в виде модулей libAcoustics и hybridCentralSolvers на базе открытого пакета OpenFOAM. Использование платформы OpenFOAM в качестве базы для реализации программы позволяет получить архитектуру со взаимозаменяемыми элементами. Исходный код разрабатываемой модели свободно доступен через проект GitHub https://github.com/unicfdlab.