Простой численный метод для решения уравнений, описывающих течение вязкого сжимаемого газа.
автор: Игнатьев А.А.
Значительный прогресс в практике численных решений уравнений, описывающих течение невязкого газа, связан с разработкой и внедрением нелинейных разностных схем с высокой разрешающей способностью таких, как TVNI (TVD) схем, ENO схем, PPM схем, схем на основе принципа минимального значения производной, MMB схем и многих других, позволяющих получать одновременно точные и монотонные решения.
Попытка применить эти схемы для решения уравнений вязкого сжимаемого газа путем добавления численных вязких потоков к соответствующим невязким потокам часто нарушает монотонность разностной схемы. В частности, этот эффект проявляется при расчетах течений в недорасширенных струях с высокой нерасчетностью, истекающих из сопла в затопленное пространство.
Для преодоления этой трудности наиболее естественным путем представляется применение концепции расщепления по физическим факторам, в соответствии с которой на одной итерации по времени полная задача заменяется двумя более простыми -- задачей течения невязкого газа и вязкой задачей, включающей процессы, обусловленные только вязкостью и теплопроводностью. Такой подход позволяет выделить задачу течения невязкого газа в отдельный шаг и применить для ее решения адекватную разностную схему.
Автором был разработан неявный разностный метод для решения вязкой задачи. Разработанный алгоритм в совокупности с имеющейся разностной схемой с высокой разрешающей способностью для задачи течения невязкого газа представляет собой простой и эффективный численный метод для решения уравнений вязкого сжимаемого газа.
Метод прост, не требует применения сложных алгоритмов, имеет второй порядок точности по пространству и может быть легко интегрирован в программы для расчета невязкого газа. Метод успешно применялся для численного исследования процессов формирования внутренних газоструйных мишеней для ускорителей--накопителей (Varentsov V.L., Ignatiev A.A Numerical investigation of internal supersonic jet targets formation for storage rings.//
Nuclear Instruments & Methods in Physics Research A 413 (1998) 447-456) ,для численного моделирования течения в струе, истекающей в вакуум в условиях космического полета ( Ivanov M.S., Markelov G.N., Gerasimov Yu.I., Krylov A.N., Mishina L.V., Sokolov E.I. Free-flight Experiment and Numerical Simulation for Cold Thruster Plume.// AIAA paper 98-0898) а также для численного исследования нестационарных процессов взаимодействия сверхзвуковой струи с преградой ( Sokolov E.I, Savin A.V. Influence of Rarefaction on Oscillations in Underexpanded Jet Impinging on a Flat Plate: Numerical Simulation.// 21-st International Symposium on Rarefied Gas Dynamics, Marseille (France) 26-31 July 1998.)