Пример комплексного расчета импульсной радиационно-магнитогазодинамической системы

Авторы: Саврицкий А.Н., Назарян А.М., Савельев Т.А., Воронина Е.А.
Опубликовано в выпуске: #9(86)/2023
DOI: 10.18698/2541-8009-2023-9-937
Раздел: Физика | Рубрика: Теплофизика и теоретическая теплотехника
Ключевые слова: плазмодинамические процессы, построение сетки, радиационная магнитогазодинамика, газовый поток, математическое моделирование, численный метод, импульсные системы, математическая физика
Опубликовано: 16.10.2023

Реализован метод построения адаптивных сеток при расчете комплексных импульсных радиационно-магнитогазодинамических (РМГД) моделей в обобщенной системе координат. Проведены валидация и верификация многомерных комплексных импульсных РМГД-моделей и численных методов для получения характеристик импульсных РМГД-систем на примере расчета газодинамических параметров струи, выходящей со среза сопла в спутный поток газа. Разработана численная методика построения регулярных криволинейных адаптивных сеток в произвольных областях. Данная методика позволяет построить адаптивную (к границам расчетной зоны и особенностям решения задач математической физики) расчетную сетку путем решения эллиптических уравнений в частных производных и с помощью специальных алгоритмов адаптации. Проведены тестовые расчеты.

Литература

[1] Кузенов В.В., Рыжков С.В. Численное моделирование взаимодействия мишени магнитно-инерциального термоядерного синтеза с плазменным и лазерным драйверами. ТВТ, 2021, т. 59, № 4, с. 492–501. http://doi.org/10.31857/S0040364421040141

[2] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Thermophysical parameter estimation of a neutron source based on the action of broadband radiation on a cylindrical target. Fusion Science and Technology, 2023, vol. 79, pp. 399–406. http://doi.org/10.1080/15361055.2022.2112037

[3] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Calculation of plasma dynamic parameters of the magneto-inertial fusion target with combined exposure. Physics of Plasmas, 2019, vol. 26, pp. 092704. http://doi.org/10.1063/1.5109830

[4] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Estimation of the neutron generation in the combined magneto-inertial fusion scheme. Physica Scripta, 2021, vol. 96, pp. 125613. http://doi.org/10.1088/1402-4896/ac2543

[5] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Numerical simulation of pulsed jets of a high-current pulsed surface discharge. Computational Thermal Sciences, 2020, vol. 13, pp. 45–56. http://doi.org/10.1615/ComputThermalScien.2020034742

[6] Ryzhkov S.V. Modeling of plasma physics in the fusion reactor based on a field-reversed configuration. Fusion Science and Technology, 2009, vol. 55, no. 2T, pp. 157–161. http://doi.org/10.13182/FST09-A7004

[7] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Approximate calculation of convective heat transfer near hypersonic aircraft surface. Journal of Enhanced Heat Transfer, 2018, vol. 25 (2), pp. 181–193. http://doi.org/10.1615/JENHHEATTRANSF.2018026947

[8] Кузенов В.В., Рыжков С.В., Фролко П.А., Шумаев В.В. Математическая модель импульсного плазменного двигателя с предионизацией геликонным разрядом. Труды МАИ, 2015, № 82. URL: https://trudymai.ru/upload/iblock/24a/kuzenov-ryzhkov-shumaev-frolko_rus.pdf?lang=ru&issue=82 (дата обращения 15.05.2023).

[9] Кузенов В.В., Рыжков С.В. Плазмодинамическое моделирование взаимодействия импульсных плазменных струй. Ядерная физика и инжиниринг, 2018, т. 9, № 1, с. 63–68.10.1134/S207956291706015X

[10] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. The adaptive composite block-structured grid calculation of the gas-dynamic characteristics of an aircraft moving in a gas environment. Mathematics, 2022, vol. 10, art. 2130. http://doi.org/10.3390/math10122130

[11] Кузенов В.В. Построение регулярных адаптивных сеток в пространственных областях с криволинейными границами. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2008, № 1, с. 3–11.

[12] Альшина Е.А., Болтнев А.А., Качер О.А. Эмпирическое улучшение простейших градиентных методов. Математическое моделирование, 2005, т. 17, № 6, c. 43–57.

[13] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Evaluation of the possibility of ignition of a hydrogen-oxygen mixture by erosive flame of the impulse laser. Laser Physics, 2019, vol. 29, p. 096001. https://doi.org/10.1088/1555-6611/ab342d

[14] Кузенов В.В. Численное моделирование процессов истечения продуктов горения заряда твердого топлива в окружающее пространство. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2007, № 2, с. 44–55.

[15] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. Calculation of heat transfer and drag coefficients for aircraft geometric models. Applied Sciences, 2022, vol. 12 (21), p. 11011. https://doi.org/10.3390/app122111011

[16] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. The qualitative and quantitative study of radiation sources with a model configuration of the electrode system. Symmetry, 2021, vol. 13 (6), p. 927. https://doi.org/10.3390/sym13060927

[17] Molchanov A.M., Myakochin A.S. Numerical simulation of high-speed flows using the algebraic Reynolds stress model. Russian Aeronautics, 2018, vol. 61, pp. 236–243. http://doi.org/10.3103/S1068799818020125

[18] Клименко Г.К., Кузенов В.В., Ляпин А.А., Рыжков С.В. Расчет, моделирование и проектирование генераторов низкотемпературной плазмы. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2021, 264 с.

[19] Рыжков С.В. Моделирование теплофизических процессов в магнитном термоядерном двигателе. Тепловые процессы в технике, 2009, № 9, с. 397–400.

[20] Mozgovoy A.G., Romadanov I.V., Ryzhkov S.V. Formation of a compact toroid for enhanced efficiency. Physics of Plasmas, 2014, vol. 21, art. 022501. http://doi.org/10.1063/1.4863452

[21] Рыжков С.В., Чирков А.Ю. Системы альтернативной термоядерной энергетики. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2017, 200 с.

[22] Ковалев Б.Д., Мышенков В.И. Расчет вязкой сверхзвуковой струи, истекающей в спутный поток. Уч. зап. ЦАГИ, 1978, т. 9, № 3, с. 125–130.

[23] Мышенков В.И. Расчет течения вязкой ламинарной сверхзвуковой струи в спутный поток. ЖВМ и МФ, 1979, т. 19, № 2, с. 474–485.

[24] Varaksin A.Yu., Ryzhkov S.V. Turbulence in Two-Phase Flows with Macro-, Micro- and Nanoparticles (A Review). Symmetry, 2022, vol. 14, p. 2433. https://doi.org/10.3390/sym14112433

[25] Dimitrienko Y., Koryakov M., Zakharov A. Numerical modeling of coupled problems of external aerothermodynamics and internal heat-and-mass transfer in high-speed vehicle composite constructions. Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 2017, vol. 10187, pp. 294–301.

[26] Ryzhkov S.V. Magneto-inertial fusion and powerful plasma installations (a review). Applied Sciences, 2023, vol. 13 (21), p. 6658. https://doi.org/10.3390/app13116658

[27] Shumeiko A.I., Telekh V.D., Ryzhkov S.V. Probe diagnostics and optical emission spectroscopy of wave plasma source exhaust. Symmetry, 2022, vol. 14 (10), art. 1983. http://doi.org/10.3390/sym14101983

[28] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Varaksin A.Yu. Computational and experimental modeling in magnetoplasma aerodynamics and high-speed gas and plasma flows (A Review). Aerospace, 2023, vol. 10, p. 662. https://doi.org/10.3390/aerospace10080662

[29] Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V.,Varaksin A.Yu. Simulation of parameters of plasma dynamics of a magnetoplasma compressor. Applied Sciences, 2023, vol. 13 (9), p. 5538. https://doi.org/10.3390/app13095538

[30] Рудинский А.В., Ягодников А.В., Рыжков С.В., Онуфриев В.В. Особенности формирования собственного электрического поля низкотемпературной кислород-метановой плазмы. Письма в ЖТФ, 2021, т. 47, вып. 10, с. 42–45. https://doi.org/10.21883/PJTF.2021.10.50973.18638