Разработка математических моделей, вычислительных алгоритмов и программных комплексов для моделирования процессов гидродинамических неустойчивостей, турбулентности, горения и детонации в задачах механики сплошных сред с различными уравнениями состояния вещества

Отчет 57 с., 29 рис., 0 табл., 58 источн., 0 прилож. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СПЛОШНЫХ СРЕДАХ, МЕТОД ГОДУНОВА, РИМАНОВСКИЕ СОЛВЕРЫ, ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ, ВИХРЕВЫЕ ДВУМЕРНЫЕ ТЕЧЕНИЯ, ОБРАТНЫЙ ВИХРЕВОЙ КАСКАД, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КАСКАД, ФЕМТОСЕКУНДНАЯ ЛАЗЕРНАЯ АБЛЯЦИЯ, НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ, ДЕТОНАЦИОННАЯ ВОЛНА, УДАРНАЯ ВОЛНА, ДЕТАЛЬНАЯ КИНЕТИКА, РЕЖИМЫ ДЕТОНАЦИИ. Настоящий отчет состоит из Введения, Заключения и пяти глав. Первая глава отчета посвящена рассмотрению вопросов, связанных с особенностями вихревых двумерных течений сжимаемой невязкой среды в конечной ячейке. Представлены результаты численного моделирования двумерного течения, возникающее под действием периодического поля внешней силы. Моделирование в рамках двумерной сжимаемой гидродинамики с нулевыми граничными условиями и без трения о дно и вязкости подтверждает как существование прямого каскада энстрофии, так и аномально малое производство энергии. В второй главе отчета рассматриваются вопросы, связанные с особенностями вихревых двумерных течений вязкой слабосжимаемой среды. На основании проведенных численных экспериментов сделаны следующие выводы о поведении когерентного вихря в квадратной ячейке: - вихрь вращается с частотой, равной частоте оборота вихря вокруг центра ячейки; - устойчивое квазистационарное течение не зависит от начального распределения скоростей, а определяется параметрами внешнего воздействия; - увеличение амплитуды внешней силы приводит к увеличению скорости вращения вихря вокруг центра ячейки. - увеличение пространственной частоты внешней силы приводит к стабилизации и ламинаризации потока, механизм передачи энергии через обратный каскад кинетической энергии прекращается из-за ее диссипации под действием вязкости; - при увеличении пространственной частоты внешней силы уменьшение вязкости приводит к возобновлению механизма передачи энергии по обратному каскаду вследствие смещения области диссипации энергии в область меньших масштабов по сравнению с масштабом (частотой) накачки. В третьей главе отчета рассмотрены и проанализированы тепловые и динамические эффекты, возникающие при облучении аллюминиевого образца одиночным фемтосекундным лазерным импульсом. Изучена эволюция геометрии волнового фронта при распространении и затухании первоначально плоских ударных волн, генерируемых фемтосекундными лазерными импульсами в алюминии. Промоделировав процесс формирования и распространения индуцированной лазером ударной волны в сплошной алюминиемой мишени, удалось выделить три стадии распространения волны: начальную плоскую, переходную и полусферичскую. Также образом, удалось сделать оценку глубины упрочнения алюминия под действием единичного ультракороткого импульса. Четвертая глава отчета посвящена проблеме построения вычислительных алгоритмов для моделирования пульсирующих волн газовой детонации в многокомпонентных химически реагирующих смесях. Представлены результаты моделирования инициирования и распространения детонационной волны в водородно-воздушной смеси с использованием детальной кинетики химических реакций. Определены основные этапы данных процессов, включая формирование пересжатой детонационной волны, этап высокочастотных пульсаций параметров за фронтом детонационной волны и этап высокоамплитудных пульсаций. Рассмотрены механизмы, сопровождающие высокоамлитудные пульсации. Затронуты вопросы, связанные с различиями в результатах при использовании кинетических схем различного типа – одностадийных и детальных.