Применение адаптивных иерархических сеток для расчета течений реагирующих газов


Просмотр статьи
PDF, 1,2 МБ

Application of adaptive hierarchical grids to simulation of reacting gas flows

A computational model for reacting gas flows with application of hierarchic adaptively refined meshes for adequate resolution of the reaction zone is presented. The model is based on the Navier-Stokes equations in the small Mach number approximation for multicomponent reacting gas mixture, with the reaction kinetics described either by global or detailed scheme. Transport equations are approximated by a high-order scheme. The model is implemented in a parallel software package ParTCS-3D. Test examples demonstrating efficiency of adaptive mesh refinement in application to combustion problems are presented.

computational model, low Mach number combustion, adaptive mesh refinement


Том 16, выпуск 2, 2015 год



Представлена вычислительная модель реагирующих газовых течений, основанная на применении иерархических адаптивно измельчаемых сеток для адекватного разрешения зоны реакции. Модель основана на уравнениях Навье-Стокса в приближении существенно дозвуковых течений для многокомпонентной реагирующей газовой смеси, химические реакции описываются глобальной или детальной кинетической схемой. Аппроксимация уравнений переноса осуществляется схемой высокого порядка точности. Модель реализована в виде параллельного вычислительного комплекса ParTCS-3D. Приведены примеры тестовых расчетов, демонстрирующие эффективность адаптивно измельчаемых сеток для течений с горением.

вычислительная модель, дозвуковое горение, адаптивные сетки


Том 16, выпуск 2, 2015 год



1. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей. М.: Наука, 1989.
2. Bell J., Day M. Adaptive Methods for Simulation of Turbulent Combustion. In: Turbulent Combustion Modeling: Advances, New Trends and perspectives. Volume 95 of Fluid Mechanics and its Applications, Springer London, 2010, pp.201–329.
3. http://www.clawpack.org/contents.html
4. http://www.p4est.org/
5. https://commons.lbl.gov/display/chombo/
6. http://www.peano-framework.org/home.shtml
7. Poinsot T., Veynante D. Theoretical and Numerical Combustion. 2nd Ed. Philadelphia:Edwards, 2005.
8. Day M.S., Bell J.B. Numerical simulation of laminar reacting flows with complex chemistry. // Combust. Theory Modeling, 2000, vol. 4, pp. 535556.
9. Борисов В.Е., Кулешов А.А., Савенков Е.Б., Якуш С.Е. Программный комплекс TCS 3D: математическая модель // Препринт ИПМ им. М.В.Келдыша РАН № 6 , М.: 2015, 20 с.
10. Bell J.B. and Marcus D.L. A second-order projection method for variable-density flows. J. Comput. Phys., 101:334-348, 1992.
11. Shu C.W. High order weighted essentially non-oscillatory schemes for convection dominated problems // SIAM Review, 2009, v.51, pp. 82112.
12. Галанин М.П., Савенков Е.Б. Методы численного анализа математических моделей. Москва: Изд – во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010, 591 с.
13. Brown P.N., Byrne G.D., Hindmarsh A.C. VODE: a variable coefficient ODE solver. // SIAM J. Sci. Stat. Comp., 1989, vol. 10, pp. 10381051.
14. Ferreira, V.G., Tomé, M.F., Mangiavacchi, N., Castelo, A., Cuminato, J. A., Fortuna, A.O. and McKee, S., High-order upwinding and the hydraulic jump. Int. J. Numer. Meth. Fluids, 2002, 39: 549–583. doi:10.1002/fld.234
15. Coffe T.P., Heimerl J.M. Transport algorithms for premixed laminar steady-state flames. Combust. Flame., 1981, 43, 273.
16. Giovangigli V. Convergent iterative methods for multicomponent diffusion. IMPACT Comput. Sci. Eng., 1991, 3, pp. 24476.
17. Быков Л.В., Молчанов А.М., Щербаков М.А., Янышев Д.С. Вычислительная механика сплошных сред в задачах авиационной и космической техники. М.: ЛЕНАНД, 2015, 688 с.
18. http://flash.uchicago.edu/site/flashcode/
19. http://www.physics.drexel.edu/lson/paramesh-doc/Users_manual/amr.html
20. http://computation.llnl.gov/project/linear_solvers/software.php
21. Brachet M., Meiron D., Orszag S., Nickel B., Morf R., Frisch U. Small-scale structure of the Taylor-Green vortex // J. Fluid Mech., 1983, vol. 130, pp. 411–452.
22. Garnier E., Mossi M., Sagaut P., Comte P., Deville M. On the use of shock-capturing schemes for large-eddy simulation // J. Computational Physics, 1999, vol. 153, pp. 273–311.
23. Елизарова Т.Г., Широков И.А. Ламинарный и турбулентный режимы распада вихря Тейлора –Грина. Препринт ИПМ № 63, Москва, 2013.
24. Ибрагимова Л. Б., Смехов Г. Д., Шаталов О. П. Сравнительный анализ констант скоростей химических реакций, описывающих горение водородо-кислородных смесей//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2009. Т. 8. 25c. http://chemphys.edu.ru/issues/2009-8/articles/204/