АННОТАЦИЯ 3
Введение 3
1 Структура сверхзвуковых струй 4
1.1 Структура и основные свойства сверхзвуковых струй 4
2 Физико-математическая постановка задачи 7
2.1 Физическая постановка задачи 7
2.2 Математическая постановка для невязкого течения 9
2.3 Математическая постановка для вязкого течения 9
2.4 Модель эрозии Oka 12
3 Методика расчета 16
4 Результаты численных исследований 19
4.1 Результаты тестовых расчетов натекания невязкой сверхзвуковой струи
на преграду 19
4.2 Результаты исследования эрозии, при взаимодействии невязкого потока 22
4.3 Результаты исследования эрозии, при взаимодействии вязкого
двухфазного течения 25
Заключение 32
Литература 33
Решение задач газодинамики в прикладном пакете Ansys на примере задачи о распространении сверхзвукового потока, натекающего на преграду, с учетом эрозии поверхности.
Интерес исследования ударно-волновой структуры и характеристик слоя смешения сверхзвуковых неизобарических струй определяется широким использованием струй в различныйх технических устройствах. Задача о распространении сверхзвуковой струи в покоящемся газе остается актуальной и на сегодняшний день. В начале 70-х годов ХХ в. были проведены первые расчеты сверхзвуковых струй с использованием уравнений Эйлера. Взаимодействие сверхзвуковых струй с плоской поверхностью или реальной поверхностью планеты - сложная проблема газовой динамики. Это связано с процессами сверхзвукового натекания струи на поверхность и образованием возникшей ударной волны(отраженная). Ниже ударной волны создается зона торможения потока (вероятно, с зонами циркуляции), а вдоль поверхности распространяется пристеночная веерная струя. Проблема еще более усложняется, когда многоблочные струи натекают на наклонную плоскость из-за их взаимодействия друг с другом [1,2].
Струйные течения - это один из видов движения веществ, таких как: жидкость, газ, расплав и т.д. Струи могут образовываться в космосе, океане, атмосфере, технических устройствах и т.д. При подводном старте ракеты струя истекает в жидкость, а в химических и металлургических агрегатах струя раствора или расплава «обдувается» потоком газа. Струйные выбросы вещества происходят на поверхностях звезд, при извержении вулканов, сопровождают полет ракет, реактивных самолетов, космических летательных аппаратов [5,8,10].
В ходе выполнения данной работы получены следующие результаты:
1. Сформулирована физико-математическая постановка задачи натекания сверхзвуковой струи на преграду, с учетом эрозии поверхности. Для математического описания невязкого течения газа в соплах и струях, натекающих на поверхность, используются уравнения Эйлера.
2. Проведен расчет натекания сверхзвукового потока на преграду, при старте космического аппарата с поверхности. Реализована методика расчета натекания на преграду с помощью программного комплекса Ansys Fluent.
3. Выполнены исследования эрозии реголита, при взаимодействии невязкого двухфазного течения с частицами в потоке, которые по плотности сопоставимы оксиду алюминия. Процесс эрозии в данном случае незначителен. При исследовании потока, включающего частицы алюминия, заметно изменение течения.
4. При исследовании вязкого течения (с добавлением модели турбулентности), эрозийный процесс заметно усиливается. Проведены расчеты с изменением расстояния от выходного сечения сопла до поверхности Луны.
