Повышение эффективности трехмерного численного моделирования сверхзвуковых течений при конечно-объемной дискретизации на неструктурированных сетках

В работе проводится исследование ударно-волновой структуры течения при сверхзвуковом обтекании тел различной конфигурации на произвольной неструктурированной сетке, включая описание ударных волн при их отражении и взаимодействии с пограничным слоем, а также характеристики распределения газодинамических величин в зависимости от параметров течения. Для этого в рамках работы разработаны методы вычислительной аэродинамики, обеспечивающие устойчивость, точность и монотонность численного решения при расчете сверхзвуковых течений: 1. Схема расчета ограничителя потока, порог срабатывания которого основан на газодинамических параметрах течения. 2. Гибридная схема вычисления градиента газодинамической величины, весовая функция которой учитывает форму расчетной ячейки. 3. Метод многосеточной инициализации расчетного поля. 4. Метод статической адаптации неструктурированной расчетной сетки. Эффективность разработанных методов показывается на решении фундаментальных задач сверхзвуковой аэродинамики. Наиболее подробно рассматривается задача сверхзвукового течения в канале, имитирующем модель простейшего бокового воздухозаборника. В качестве промышленно-значимой задачи, в которой методы диссертационной работы применяются как инструмент, исследуется характер сверхзвуковой аэродинамики маневренного летательного аппарата. Основные положения, выносимые на защиту: 1. Результаты исследования ударно-волновой структуры течения при сверхзвуковом обтекании тел различной конфигурации на произвольной неструктурированной сетке, включая описание ударных волн при их отражении и взаимодействии с пограничным слоем, а также характеристики распределения газодинамических величин в зависимости от параметров течения в совокупности со случаями внедрения дополнительных механических элементов. 2. Схема расчета ограничителя потока, порог срабатывания которого основан на газодинамических параметрах течения. Результаты калибровки и значение константы срабатывания ограничителя. Результаты исследования применимости ограничителя потока для моделирования сверхзвуковых течений, показывающие возможность достоверно воспроизводить поведение ударной волны в процессе ее распространения в газовой среде. 3. Гибридная схема вычисления градиента газодинамической величины, обеспечивающая повышение точности определения аэродинамических характеристик тел. Весовая функция для гибридной схемы, учитывающая форму расчетной ячейки. Результаты исследования точности схем вычисления градиента в зависимости от формы расчетной ячейки. 4. Метод многосеточной инициализации расчетного поля, применяемый на неструктурированных сетках с гранево-ячеечной структурой хранения данных, используемых при конечно-объемном способе дискретизации. Результаты исследования ускорения сходимости решения при использовании многосеточной инициализации на задачах сверхзвукового обтекания объектов, показывающие сокращение (до 20%) времени расчета задач сверхзвуковых течений. 5. Метод статической адаптации неструктурированной расчетной сетки, использующей гранево-ячеечную структуру хранения данных, при конечно-объемном способе дискретизации. Результаты исследования применения метода адаптивно-встраивающихся сеток для моделирования сверхзвуковых течений, выражаемые в повышении достоверности моделирования процессов вследствие увеличения точности разрешения фронта ударных волн, получаемых на сеточной модели с областями локального измельчения, соответствующих положению особенностей сверхзвукового течения.