Подається огляд результатів числового моделювання струменевих течій, що супроводжують функціонування об'єктів ракетно-космічної техніки та їхніх елементів. Описані можливості розробленого в IТМ НАНУ i НКАУ програмно-методичного забезпечення. Приводяться результати досліджень взаємодії до- і надзвукових струменів із супутним над- і дозвуковим безмежним потоком, потоком в трубі чи каналі. Розглянуті струменеві течії при русі ракети в пусковому контейнері стартової установки та результати розрахунку обтікання решітки топливних пілонів у тракті гіперзвукового прямоточного повітряно-реактивного двигуна; витік одиночних і складених надзвукових струменів рушійних установок ракет-носіїв та взаємодія їх з поверхнями, в тому числі обтікання тіла надзвуковим струменем; розрахунок параметрів у несиметричних і просторових відривних зонах за дном ракети з увімкненою рушійною установкою.

В рамках упрощенной математической модели проведены расчетные оценки влияния турбулентного перемешивания на характеристики частиц в вязкой сверхзвуковой двухфазной струе, истекающей в затопленное пространство. В результате анализа расчетных данных можно заключить, что получение однородного высокоскоростного потока расплавленных частиц на расстояниях, превышающих длину основного участка турбулентной струи, проблематично.

Модифицированным многозонным методом проведен расчет течения в затопленной составной невязкой сверхзвуковой струе, истекающей из линейного сопла типа "аэроспайка". Исследованы особенности пространственной волновой структуры течения на ее начальном участке.

Предложена упрощенная математическая модель расчета характеристик системы охлаждения газодинамического тракта кислородно-топливного горелочного устройства. Приведены расчетные оценки параметров системы охлаждения горелочного устройства для разгона, нагрева и плавления частиц с использованием расходного способа воздействия на поток.

Обговорено питання використання рівнянь пограничного шару для наближеного розв'язання задач, в яких строго не виконуються асимптотичні оцінки параметрів, що використовуються у ході обгрунтування класичних рівнянь пограничного шару (ПШ), одержаних Прандтлем. Сформульовано поняття задач типу ПШ та обговорено алгоритми їх числового розв'язку. Як конкретні приклади, розглянуто задачі: витікання дозвукових струменів у супутній надзвуковий потік (у тому числі задачі про нерегулярні взаємодії ударних хвиль), течії в'язкого газу у вузьких каналах і визначення параметрів у в'язкому ударному шарі за умови гіперзвукового обтікання тупих тіл.

Рассмотрена задача о кинетическом горении блока плоских сверхзвуковых метаносодержащих струй, истекающих в спутный дозвуковой поток воздуха в плоском канале. Для описания неравновесного течения используется модель, включающая уравнения "узкого" канала совместно с уравнениями для характеристик турбулентности в погранслойном приближении. Кинетика горения метана описана при помощи одностадийной стехиометрической брутто-реакции. В основу алгоритма положен метод расщепления по физическим процессам. Показано влияние выбора модели турбулентности на характеристики неравновесного течения. Приведены результаты анализа влияния коэффициента избытка окислителя и начальной температуры взаимодействующих потоков на газодинамические параметры и длину области неравновесного течения.

Описаны расчетные модели течения в камерах смешения эжекторов при сверхзвуковом течении эжектирующего газа. Рассмотрены модель "узкого канала", балансовая модель и модель вязко-невязкого взаимодействия. В рамках последней модели течение в сверхзвуковой струе описано уравнениями невязкого течения, течение в дозвуковом эжектируемом потоке - уравнениями пограничного слоя. Для сращивания решений этих уравнений использованы полученные обобщенные уравнения вязко-невязкого взаимодействия. Для описания смешения использованы модели турбулентности Секундова, Лаудера - Сполдинга и Ментера. Приведены результаты расчетов с использованием модели "узкого канала" и балансовой модели, иллюстрирующие влияние отношения полных давлений и температур эжектирующего и эжектируемого потоков на коэффициент эжекции, степень разрежения во входном сечении, распределение давления вдоль камеры смешения и длину зоны смешения. В рамках модели вязко-невязкого взаимодействия определены параметры критической работы эжектора.

Приведен обзор работ, выполненных в ИТМ НАНУ и НКАУ по численному моделированию струйных течений, реализуемых в объектах ракетно-космической техники и других приложениях. Для различных задач струйных течений описаны расчетные модели различной сложности ("узкого канала", вязко-невязкого взаимодействия, тонкого вязкого слоя) с учетом и без учета химической неоднородности и химического взаимодействия компонент (горения). Приведены результаты, подтверждающие эффективность разработанного программно-методического обеспечения.

Сформулирован алгоритм решения упрощенных уравнений вязкого слоя для расчета турбулентного течения в канале при взаимодействии сверхзвуковой струи со спутным дозвуковым потоком. Составной частью алгоритма является метод глобальных итераций по давлению. На каждой итерации поле течения рассчитывается маршевым методом от начального сечения. Сравнение результатов решения тестовых задач с имеющимися в литературе результатами численных расчетов и экспериментальными данными подтверждает работоспособность алгоритма.

Численно исследовано течение турбулентной нерасчетной сверхзвуковой струи в спутном дозвуковом потоке в канале. Алгоритм расчета основан на последовательном решении упрощенных уравнений вязкого слоя в начальной области течения и уравнений "узкого канала" вниз по потоку. Сращивание решений осуществляется в сечении выравнивания давления в поперечном направлении. Проанализировано влияние изменения площади поперечного сечения канала на торможение струи. Приведены расчетные зависимости среднемассового полного давления вдоль канала от угла наклона его стенки.

Індекс рубрикатора НБУВ: З354.304

Шифр НБУВ: Ж16745 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Предложен алгоритм расчета асимптотической границы струи в рамках модели "узкого канала" при истечении турбулентной изобарической струи сжимаемого газа в спутный поток или затопленное пространство. Проведена верификация, подтверждающая работоспособность предложенного алгоритма.

В рамках модели вязкого слоя численно исследовано влияние распределенного подвода массы через стенки канала и изменения входных параметров на процесс торможения сверхзвукового потока. Показано влияние выбора модели турбулентности на газодинамические характеристики течения в канале.

Рассмотрены способы определения продольного градиента давления при расчете вязкого сжимаемого турбулентного течения в рамках модели "узкого канала" в широком диапазоне чисел Маха. Определен рациональный алгоритм расчета градиента давления при умеренных числах Маха.

В рамках модели вязкого слоя численно исследовано влияние моделей турбулентности и характеристик потока на входе в канал при смешении дозвуковых струй углеводородного горючего (водород, метан), истекающих из щелевых сопел, со спутным сверхзвуковым воздушным потоком на длину области перемешивания и предложены рекомендации для ее уменьшения.

Рассмотрены особенности численного моделирования кинетического и диффузионного горения блока плоских сверхзвуковых водородосодержащих струй, истекающих в путный ограниченный дозвуковой поток воздуха. Для описания неравновесного турбулентного течения используется модели "узкого канала" и вязкого слоя, дополненные уравнения для определения характеристик турбулентности. Кинетика горения водорода в воздухе описывается различными кинетическими моделями. В основу алгоритма расчета положен метод расщепления по физическим процессам. Показано влияние выбора модели турбулентности на характеристики неравновесного течения. Приведены результаты влияния коэффициента избытка окислителя и начальной температуры взаимодействующих потоков на газодинамические параметры и длину области неравновесного течения. В рамках модели диффузионного горения проведены оценки влияния коэффициента избытка окислителя на форму, положение и длину фронта пламени при горении различных углеводородных струй.