Приходько А. Компьютерные технологии в аэрогидродинамике и тепломассообмене. - Киев: Наукова думка, 2003. - 379 с. - ISBN 966-00-0047-2  Место хранения:   015 | Библиотека Института гидродинамики CO РАН | Новосибирск

Оглавление / Contents

Предисловие ..................................................... 5 ГЛАВА 1. Анализ современного состояния проблемы 1.1. Модели и методы вычислительной аэродинамики ............... 11 1.2. Феноменологические подходы к замыканию системы осредненных уравнений Навье-Стокса ........................ 34 1.3. Пакеты прикладных программ для решения задач математической физики ..................................... 44 ГЛАВА 2. Пакет прикладных программ для решения задач аэродинамики и тепломассообмена на основе уравнений Эйлера и Навье—Стокса 2.1. Функциональное наполнение пакета прикладных программ ...... 59 2.1.1. Физико-математические модели аэродинамики и тепломассообмена ................................. 60 2.1.2. Расчетная область .................................. 61 2.1.3. Исходные уравнения ................................. 62 2.1.4. Граничные условия .................................. 63 2.1.5. Возможности функционального наполнения пакета прикладных программ ......................... 63 2.2. Построение пакета прикладных программ ..................... 64 2.3. Укрупненная структура и элементы системной, функциональной и счетной части ............................ 66 2.4. Функционирование пакета прикладных программ ............... 72 2.5. Банк данных. Средства и приемы программирования ........... 74 2.6. Отладка и тестирование пакета прикладных программ ......... 76 2.7. Технология реализации методов и моделей механики сплошной среды в рамках пакета прикладных программ ........ 80 2.8. Основные свойства и классификация пакета прикладных программ .................................................. 81 ГЛАВА 3. Верификация схем, методик и алгоритмов вычислительной аэрогидродинамики 3.1. Тестирование базовых разностных схем на нестационарной задаче о разрыве диафрагмы ................. 84 3.2. О сравнении эффективности численных методов решения уравнений Навье-Стокса сжимаемого газа на задаче о взаимодействии косого скачка уплотнения с ламинарным пограничным слоем ............................ 94 3.3. О сравнении моделей турбулентности на задаче о взаимодействии косого скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем ......................... 113 3.3.1. Исходная система уравнений ........................ 113 3.3.2. Численный алгоритм расчета сжимаемых турбулентных течений .............................. 115 3.3.3. Численное исследование взаимодействия скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем ....... 117 3.3.4. Граничные и начальные условия. Расчетная сетка .... 118 3.3.5. Результаты численных расчетов ..................... 120 3.4. Маршевый метод решения параболизованных уравнений Навье-Стокса ............................................. 124 3.5. Метод приближенной факторизации в расчете пространственных течений вязкого сжимаемого газа на основе полных уравнений Навье-Стокса ............. 127 3.5.1. Исходные уравнения ................................ 128 3.5.2. Численный алгоритм ................................ 129 3.5.3. Расчет развития дозвукового ламинарного течения в прямолинейной трубе прямоугольного поперечного сечения ............................... 131 3.6. Алгоритм расчета несжимаемых вязких течений в рамках пакета прикладных программ ...................... 133 3.7. Применение метода контрольных объемов к решению уравнений Навье-Стокса ................................... 148 ГЛАВА 4. Исследование гидродинамики и теплообмена несжимаемой вязкой жидкости 4.1. Постановки задач. Исходные уравнения ..................... 166 4.1.1. Система уравнений Навье-Стокса в переменных завихренность-функция тока ........................ 166 4.1.2. Методы замыкания системы уравнений при расчете турбулентных несжимаемых течений .................. 168 4.1.3. О методах решения системы уравнений в переменных завихренность-функция тока ........... 170 4.2. Численное исследование взаимодействия струи со свободной поверх ностью жидкости ...................... 170 4.2.1. Сопряженная задача о взаимодействии струи с плоской поверхностью жидкости ................... 170 4.2.2. Исследование движения и теплообмена в ванне под действием струи при заданной скорости и форме границы раздела ........................... 176 4.3. Численный расчет термогравитационной циркуляции в замкнутых объемах произвольного поперечного сечения .... 182 4.3.1. Исходная система уравнений ........................ 184 4.3.2. Реализация расчета свободной конвекции в рамках пакета прикладных программ ............... 185 4.3.3. Результаты численных расчетов ..................... 186 4.4. Расчет симметричного и несимметричного слива жидкости из емкости на основе уравнений Навье-Стокса в физических переменных .................................. 190 4.4.1. Постановка задачи ................................. 191 4.4.2. Система координат ................................. 193 4.4.3. Реализация расчета динамики жидкости со свободной поверхностью в рамках пакета прикладных программ ............................... 193 4.4.4. Результаты численных расчетов ..................... 194 ГЛАВА 5. Численное моделирование плоских и осесимметричных интерференционных течений 5.1. Особенности влияния тепломассообмена на развитие отрывных сверхзвуковых турбулентных течений .............. 198 5.2. Расчет осесимметричных течений в рамках пакета прикладных программ ...................................... 205 5.2.1. Исходные уравнения. Система координат ............. 205 5.2.2. Численный метод расчета осесимметричных течений ... 207 5.2.3. Результаты расчетов ............................... 208 5.3. Численное моделирование течений в решетках турбомашин с использованием уравнений Навье-Стокса ....... 212 5.4. Расчет обтекания тел вблизи экрана ....................... 217 5.5. Численное моделирование взаимодействия газодинамических и магнитных полей ....................... 225 5.6. Численное моделирование нестационарных нерасчетных течений в соплах ......................................... 229 5.7. Гомогенная конденсация в соплах .......................... 234 5.8. Численное моделирование многофазных течений .............. 242 ГЛАВА 6. Численное исследование аэродинамики при обтекании пространственных конфигураций сжимаемым газом 6.1. Численные методы расчета течений сжимаемого газа на основе уравнений Эйлера ............................... 250 6.1.1. Система уравнений Эйлера в произвольных криволинейных координатах ......................... 251 6.1.2. Неявный алгоритм повышенной точности для решения нестационарных уравнений Эйлера ....... 253 6.1.3. Маршевые методы решения уравнений Эйлера .......... 255 6.2. О сравнении методов аэродинамического расчета на задаче обтекания кругового конуса под углами атаки .... 259 6.3. Аэродинамические характеристики тел произвольного поперечного сечения при обтекании сверхзвуковым потоком .................................................. 263 6.3.1. Апробация маршевого метода повышенной точности .... 263 6.3.2. Расчет обтекания тонких тел без угла атаки ........ 266 6.3.3. Расчет обтекания тонких тел под углами атаки ...... 273 6.4. Расчет конических и цилиндрических течений в рамках модели уравнений Навье-Стокса ............................ 279 6.4.1. Система координат. Исходные уравнения ............. 280 6.4.2. Модели турбулентной вязкости ...................... 281 6.4.3. Методика выделения головного скачка уплотнения .... 281 6.4.4. Алгоритм решения исходной системы уравнений в рамках пакета прикладных программ ............... 283 6.5. Особенности формирования и развития сверхзвуковых турбулентных течений при взаимодействии скользящих скачков с пограничным слоем .............................. 285 ГЛАВА 7. Численное исследование взаимодействия поперечной струи с внешним сверхзвуковым потоком 7.1. Состояние вопроса об исследовании взаимодействия поперечной струи с внешним сверхзвуковым потоком ......... 301 7.2. Двумерное струйное взаимодействие ........................ 309 7.2.1. Исходная система уравнений. Методы ее замыкания ......................................... 309 7.2.2. Граничные и начальные условия. Расчетная сетка .... 310 7.2.3. Результаты исследования взаимодействия поперечной струи с внешним сверхзвуковым потоком ........................................... 311 7.3. Пространственное взаимодействие поперечной струи с внешним сверх звуковым потоком ......................... 318 7.3.1. Исходная система уравнений. О выборе модели турбулентности .................................... 319 7.3.2. Граничные и начальные условия. Расчетная сетка .... 322 7.3.3. Результаты численных расчетов ..................... 324 Приложение 1. Методы замыкания системы уравнений для сжимаемых течений ... 327 1.1. Двухслойная модель турбулентной вязкости .............. 327 1.2. Модель Болдвина-Ломакса ............................... 328 1.3. Модель коэффициентов турбулентного переноса В.Д. Совершенного ..................................... 329 1.4. Модель турбулентности с одним уравнением переноса кинетической энергии турбулентности ................... 330 1.5. Модель турбулентности с двумя дополнительными уравнениями переноса характеристик турбулентности ..... 332 1.6. Модель турбулентности Спаларта-Аллмараса .............. 333 1.7. Модель Ментера ........................................ 334 2. Матрицы Якоби векторов потоков и вязких членов ............. 335 2.1. Матрицы Якоби для расчета плоских ламинарных течений сжимаемого газа ............................... 336 2.2. Матрицы Якоби для исследования турбулентных течений сжимаемого газа на основе расширенной системы осредненных уравнений Навье-Стокса ............ 337 2.3. Матрицы Якоби для расчета трехмерных ламинарных течений сжимаемого газа на основе уравнений Навье-Стокса .......................................... 338 2.4. Матрицы Якоби для расчета пространственных течений сжимаемого газа на основе уравнений Эйлера и Навье-Стокса ................................. 340 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................. 343