РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ЭФФЕКТИВНОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ГАЗОДИНАМИКИ ГОРЕНИЯ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВЫХ ТОПЛИВ С ПОМОЩЬЮ СУПЕРКОМПЬЮТЕРОВ

Цель работы - постановка тестовых задач для апробации, валидации и верификации широкого класса расчетных алгоритмов решения задач нестационарного горения; реализация на базе разработанной ранее программной платформы алгоритма эффективного и устойчивого расчета систем жестких дифференциальных уравнений, описывающих кинетику горения углеводородных газовых топлив;разработка концепции согласованного расчета газодинамики реагирующего течения на суперкомпьютерах с гетерогенной архитектурой;решение задачи о развитии горения в реакторе на базе ударной трубы. Проведено исследование возможности замены детального кинетического механизма таблицей скоростей элементарных реакций, составленных на базе предварительных расчетов горения при различных начальных условиях. Выполнен анализ принципиальной возможности использования супер-ЭВМ гетерогенной архитектуры для ускорения расчетов задач нестационарного горения и взрыва, предложена концепция использования узлов на основе векторных ускорителей для эффективного ускорения расчетов. Разработана оригинальная система тестовых задач, включая одномерные и двухмерные постановки для неограниченного распространения пламени и распространения пламени в замкнутом объеме. Анализ результатов тестирования предложенного в рамках выполнения работ по проекту подхода показал, что решение с хорошей степенью точности достигается с меньшими затратами расчетного времени. В случае относительно простых механизмов (водород - кислород) достижимо ускорение вдвое. Для более сложных механизмов (метан-кислородные и ацетилен-кислородные смеси) достигается ускорение до 25 раз. В рамках проекта исследованы особенности развития процесса воспламенения в реакторе на основе ударной трубы. Показано, что наравне с разрешением зоны горения при решении этой задачи необходимо разрешать зону пограничного слоя, газодинамическое развитие которого во многом определяет особенности воспламенения. Результаты исследования могут быть использованы для разработки новых и всестороннего тестирования разработанных ранее методик численного решения задач газодинамики горения газообразных и дисперсных сред.