Численное моделирование взаимодействия газовзвеси с ударной волной континуальными математическими моделями с идеальной и диссипативными несущими средами

Abstract

В данной работе проводится сопоставление компьютерных реализаций численных алгоритмов решения уравнений математических моделей динамики газовзвесей с вязкой теплопроводной, невязкой теплопроводной и идеальной несущими средами. Математические модели разработаны в рамках континуальной методики моделирования динамики многофазных сред. В исследовании моделировался часто встречающейся в горной промышленности процесс взаимодействия ударной волны, движущейся из однородного газа в газовзвесь. Актуальность исследования данного течения неоднородных сред связана с экранированием аэрозольными завесами промышленных взрывов. При моделировании для вязкой среды задавались однородные граничные условия Дирихле, для невязкой среды однородные граничные условия Неймана. Уравнения математической модели интегрировались конечно-разностным методом Мак—Кормака. Для преодоления численных осцилляций применялась нелинейная схема коррекции сеточных функций. Программа, реализующая континуальную методику динамики многофазных сред, состояла из блока задания граничных условий, блока, реализующего численное решение, блока учета межфазного взаимодействия. В результате сопоставления численных расчетов математических моделей динамики газовзвеси с идеальной, невязкой теплопроводной и вязкой теплопроводной несущими средами было выявлено, что в процессе движения газовзвеси наибольшее влияние на интенсивность межфазного обмена импульсом оказывает учет вязкости несущей среды газовзвеси. This paper compares computer implementations of numerical algorithms for solving the equations of mathematical models of the dynamics of gas suspensions with viscous heat-conducting, inviscid heatconducting and ideal carrier media. Mathematical models are developed within the framework of the continuum technique for modeling the dynamics of multiphase media. In the study, the process of interaction of a shock wave moving from a homogeneous gas into a gas suspension, which is often encountered in the mining industry, was modeled. The relevance of the study of this flow of inhomogeneous media is associated with the shielding of industrial explosions by aerosol curtains. When modeling for a viscous medium, homogeneous Dirichlet boundary conditions were set, for an inviscid medium, homogeneous Neumann boundary conditions. The equations of the mathematical model were integrated by the McCormack finite difference method. To overcome numerical oscillations, a nonlinear scheme for correcting grid functions was used. The program that implements the continuum method for the dynamics of multiphase media consisted of a block for specifying boundary conditions, a block that implements a numerical solution, and a block for accounting for interfacial interaction. As a result of comparing numerical calculations of mathematical models of the dynamics of a gas suspension with an ideal, inviscid heat-conducting and viscous heat-conducting carrier media, it was found that during the movement of a gas suspension, the viscosity of the carrier medium of the gas suspension has the greatest influence on the intensity of interfacial momentum exchange.