Исследование применения явно-итерационной схемы к моделированию дозвуковых реагирующих газовых потоков

Статья посвящена исследованию возможности применения явно-итерационной схемы ЛИ-М для расчета диссипативных членов к решению задач дозвуковых реагирующих потоков с радикально-цепными реакциями, активными диффузионными процессами, значительной теплопередачей и энергопоглощением. Моделирование подобных течений характеризуется ограничением на шаг интегрирования по времени, связанным, в первую очередь, с преобладанием диффузионных процессов над конвективными и наличием быстрых химических реакций. Математическая модель описана с использованием многокомпонентных уравнений Навье–Стокса. Совокупность разномасштабных процессов в модели обусловила использование принципа расщепления по физическим процессам: химическая кинетика проинтегрирована методом Радо с адаптивным шагом по времени; конвективный поток рассчитывается с использованием потока Русанова и WENO схемы; диссипативные потоки с помощью явно-итерационной схемы ЛИ-М. В результате разработаны численный алгоритм и код для исследования дозвуковых реагирующих течений в осесимметричной геометрии и проведен ряд вычислительных экспериментов. Для тестирования реализованного алгоритма было решено одномерное нестационарное неоднородное уравнение. Показано, что применение схемы ЛИ-М к расчету диссипативной части позволяет избавиться от диффузионного ограничения на шаг интегрирования по времени. Было проведено численное моделирование процесса высокотемпературной конверсии метана в одномерной постановке. Данный процесс характеризуется быстрыми химическими реакциями, значительными локальными изменениями температуры, плотности газа и теплофизических характеристик, что накладывает серьезные ограничения на шаг интегрирования по времени. Показано, что алгоритм позволяет проводить расчеты с шагом, превышающим диффузионные ограничения на шаг по времени. Проведено сравнение расчетов с расчетами по ранее верифицированному алгоритму, показано хорошее совпадение результатов со значительным выигрышем по времени выполнения программы. Проведено численное моделирование течения газа в цилиндрической трубе, полученные результаты верифицированы путем сеточной сходимости.
Библ. 29. Фиг.7.