Развитие методов математического и физического моделирования в задачах механики жидкости, газа и плазмы, применительно к аэрокосмической технике

Цель исследования – развитие математических методов и цифровых технологий моделирования высокоскоростных течений с физико-химическими процессами, протекающими в многофазных рабочих телах перспективных энергетических, технологических установок и при взаимодействии их с обтекаемыми телами. Полученные результаты. Предложен вариант решения модели Навье – Стокса – Фурье в задаче обтекания острой кромки позволяющий существенно повысить точность вычислений. Разработана методика для получения количественной оценки применимости моделей для расчета течений с высокой динамической неравновесностью. Для смеси многоатомных газов получена система моментных уравнений для каждого компонента газа, разработаны и оттестированы вычислительные алгоритмы и программные коды. Получена уточненная структура ударной волны. Разработана физическая модель импульсного электрического разряда в жидкости при межэлектродном расстоянии микронного порядка. Модифицирована модель описания взрыва микроострий на поверхности катода на основе Джоулева разогрева с учетом конической формы микроострий. Разработана математическая модель для расчета массовой концентрации жидких сред, синтезируемых электродуговым методом и проведена проверка ее адекватности. Создана методика синтеза наноструктурированных жидких сред на основе импульсного электрического разряда в жидкости с контролем in situ. Разработаны вычислительные модели для приближенного расчета потерь удельного импульса сопла, связанных с химической неравновесностью и учета объема, занимаемого газовой и жидкой фазами. Разработан и оттестирован вычислительный алгоритм (в рамках Эйлер-Эйлерова подхода) расчета течений неравновесных газодисперсных сред с малой объемной концентрацией дисперсной фазы. В широком диапазоне диаметров частиц и объемной доли дисперсной фазы исследованы плоские двумерные сверхзвуковые течения возле сжимающего угла и угла расширения. В структуре возмущенного течения определены размеры зон релаксации, в пристеночных областях течения установлено присутствие “пелен” (сжимающий угол) и зоны течения чистого газа (угол расширения). Разработан уточненный вариант бессеточного метода численного решения системы уравнений газовой динамики Реализован комплекс уточненных моделей и алгоритмов расчёта сверхзвукового обтекания тел в трёхмерной постановке, которые позволили существенно повысить точность расчётов. Область применения – создание и отработка перспективных изделий авиационной и ракетно-космической техники. Разработан промежуточный прототип Комплекса программ по решению задач физической газовой динамики. Проведено тестирование комплекса, разработана версия Документации к нему. Реализован модуль настройки зависимостей между компонентами Комплекса, обеспечивающий его адаптацию к различным средам и согласованную работу всех модулей. Создан инструмент автоматизированной установки Комплекса с поддержкой операционных систем семейства Windows начиная с версии Windows 7. Установщик включает пошаговый интерфейс с проверкой системных требований и возможностью настройки параметров установки.