Математическое и физическое моделирование процессов динамики двухфазных реагирующих сред, тепло-массообмена и гидро-аэродинамики в технике и технологиях

Целью настоящего проекта является разработка физико-математических моделей и выявление закономерностей физико-химических превращений, динамики течений двухфазных реагирующих сред, горения, теплообмена, газодинамики течений в камерах сгорания энергетических устройств, в технологических процессах, аппаратах химической технологии, тепловых и механических процессов в конструкциях космических аппаратов на околоземных орбитах. Цель исследования включает в себя: - разработку фундаментальных физико-математических моделей, описывающих теплофизические и физико-механические процессы физико-химических превращений в двухфазных реагирующих средах; - разработку эффективных (точных и высокопроизводительных) методов численного решения систем уравнений математических моделей; - численное исследование быстропротекающих процессов в двухфазных реагирующих средах на фоне сложных процессов тепломассообмена и химического превращения; - разработка и приближенно-аналитическая реализация физико-математических моделей, описывающих транспортные процессы в энергетике и медицине, с целью улучшения тепломассообменных характеристик рабочих систем в условиях неоднородного и нелинейного внешнего воздействия; - физико-математическое и численное моделирование теплофизических и физико-механических процессов в конструкциях космических аппаратов. - На основе созданных физико-математических моделей выявление закономерностей физико-химических превращений, динамики течений в двухфазных реагирующих средах, горения, теплообмена, газодинамики течений в камерах сгорания энергетических устройств, в технологических процессах, аппаратах химической технологии, тепловых и механических процессов в конструкциях космических аппаратов на околоземных орбитах. Практическая значимость и применимость полученных по проекту результатов: 1. Разработанные модели и программы ЭВМ позволят проводить расчеты процессов тепло- и массообмена при химических превращениях исходных компонентов в аппаратах химической технологии; расчеты процессов тепло- и массообмена и течения двухфазной среды при горении газовзвесей порошков горючих материалов в камерах сгорания и горелках различного назначения, в энергетических установках. 2. Проводить анализ нестационарных явлений при горении металлизированных смесевых топлив и самораспространяющемся высокотемпературном синтезе для образцов топлива и СВС составов различного компонентного наполнения. Использование разработанных моделей и программ ЭВМ позволит определить возможности СВС синтеза, зависимости скорости горения высокоэнергетических композиций от компонентного состава. 3. Построенные математические модели вязкоупругого поведения наполнителя на основе известных экспериментальных данных для высоких и низких температур, будут использованы для построения моделей НДС наполнителя. Полученные результаты позволят точнее предсказывать поведение наполнителей сложных форм при быстром изменении внешней нагрузки. Полученные результаты расчета напряженно-деформированного состояния и внутрибаллистических характеристик газогенератора могут быть использованы при проектировании надежных бессопловых газогенераторов. 4. Результаты термодинамических расчетов будут использованы для выбора наиболее перспективных композиций топлив применительно к ГРДТТ. Будет создана экспериментальная база для проведения экспериментов для моделирования процессов в ГРДТТ. Будут получены новые знания и новые закономерности характеристик процесса зажигания и горения ТГМ в потоке окислительного газа. Получены законы скорости горения перспективных композиций ТГМ. Будут сформулированы рекомендации для разработчиков твердотопливных зарядов ТГМ и организации рабочих процессов в ГРДТТ. 5. Разработанные математические модели могут применяться при проектировании роторных теплообменников, оребренных теплообменников, систем охлаждения электронной аппаратуры, определения возможности аккумулирования тепла с последующим его использованием. Разработанные алгоритмы и программы ЭВМ имеют самостоятельную практическую значимость для практического применения при проектировании теплообменников различного назначения. 6. Модели и методы будут использованы на этапе проектирования при проведении численного анализа проектных вариантов конструкций космических аппаратов.