Численный алгоритм моделирования двухфазных течений с учетом сжимаемости, вязкости и массовых сил

Аннотация

В работе представлено расширение численного алгоритма проекционного типа для моделирования течений сжимаемых газов и жидкостей на случай двухфазной смеси с учетом сжимаемости одной или обеих фаз. В основе численной схемы лежит гибридный алгоритм Курганова — Ноэля — Петровой/PIMPLE. Основные балансные соотношения аппроксимируются в консервативной форме и решаются для скорости, давления и температуры, а плотность вычисляется через уравнение состояния каждой из фаз. Для избежания схемных осцилляций в области межфазного интерфейса используется подход на основе акустическо-консервативной аппроксимации. Численный алгоритм был реализован на основе известной открытой библиотеки вычислительной гидро-, аэро- и газодинамики OpenFOAM в виде программы-решателя interTwoPhaseCentralFoam. Решатель был верифицирован и валидирован на ряде однофазных и двухфазных задач: распад разрыва для идеального газа (задача Сода), распад разрыва для идеальной жидкости, распад разрыва для двухфазной смеси (распространение волны давления из газа в жидкость, из жидкости в газ), движение контактного разрыва, течения вязкой несжимаемой жидкости, обрушение колонны несжимаемой жидкости, взаимодействие колонны воды (плоской капли) с ударной волной при M=2.4.

Исходный код и набор тестов доступны на GitHub:

https://github.com/unicfdlab/hybridCentralSolvers.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 17-79-20445, https://rscf.ru/project/17-79-20445/ «Развитие эффективных численных методов расчета нестационарных аэрогидродинамических нагрузок для аэрогидробаллистического проектирования летательных аппаратов»