Прямое численное моделирование взаимодействия проходящей ударной волны со слоем частиц применительно к задачам взрывобезопасности

Проект направлен на получение новых фундаментальных результатов в области высокоскоростных течений двухфазных сред, а именно в задаче о взаимодействии ударной волны со слоем частиц. Данная задача имеет большое практическое значение, в том числе для безопасности такого мегаполиса, как Москва, поскольку является первым звеном в цепочке событий, приводящих к разрушительным пылевым взрывам в химической промышленности. История знает множество случаев, когда, казалось бы, на безопасном производстве случаются аварии с человеческими жертвами. Недавние примеры: взрыв древесной муки (Великобритания, 2015), взрыв крахмального порошка (Тайвань, 2015, около 500 пострадавших), взрыв сахарной пудры (США, 2008).Актуальность исследования связана с тем, что до сих пор до конца не понятны механизмы, обусловливающие диспергирование пылевого слоя на разных стадиях процесса, что приводит к возникновению взрывоопасных концентраций реакционноспособной пыли в воздухе. В проекте предлагается проводить прямое численное моделирование, то есть в двумерном газодинамическом расчете рассматривать слой частиц как множество подвижных неидеально взаимодействующих тел, подвергающихся воздействию проходящей ударной волны. Целью численных исследований является установление преобладающих механизмов диспергирования слоя (столкновительный, за счет силы межфазного взаимодействия, за счет силы Магнуса) на разных стадиях процесса, а также параметрические исследования влияния определяющих параметров задачи (прежде всего, размеров частиц, интенсивности волны, степени неидеальности взаимодействия – будут учтены коэффициенты восстановления формы и трения). Будут исследованы также полидисперсные смеси частиц. Авторам неизвестны работы, в которых задача о взаимодействии ударной волны со слоем частиц рассматривалась бы в подобной постановке с использованием газодинамического моделирования. Все полученные результаты будут абсолютно новыми.Планируемые к рассмотрению задачи являются сильно разномасштабными, поскольку исследуемые процессы в слое могут происходить существенно позже момента прохождения ударной волны, поэтому они являются крайне вычислительно затратными. Для проведения численных исследований будут использованы оригинальные параллельные вычислительные технологии метода декартовых сеток.