519.63 Математическое моделирование инициирования детонации в канале с профилированным торцом с использованием параллельных вычисленийf
Лопато А. И. (Институт автоматизации проектирования РАН)
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, ИНИЦИИРОВАНИЕ ДЕТОНАЦИИ, ГАЗОВАЯ СМЕСЬ, НЕСТРУКТУРИРОВАННЫЕ СЕТКИ, ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ
doi: 10.18698/2309-3684-2023-4-1526
Работа посвящена численным исследованиям инициирования детонации в газовой смеси в прямоугольном канале с профилированным торцом. Инициирование детонации происходит в результате взаимодействия ударных волн, которые образуются при отражении падающей ударной волны относительно малой интенсивности от торца канала. Математическая модель представляет собой систему уравнений газовой динамики, дополненную кинетикой Аррениуса для модельной водородно-кислородной смеси с табличными параметрами кинетики, отвечающими рабочему диапазону давлений и температур смеси. Численные расчеты проводятся с использованием метода конечных объемов. Построение расчетных сеток, состоящих из треугольных ячеек, осуществляется с использованием свободно распространяемого пакета SALOME. Численный алгоритм распараллелен методом декомпозиции расчетной области с использованием библиотеки METIS. Обмен сеточными функциями между вычислительными ядрами осуществляется с использованием функций библиотеки MPI. Рассмотрен вопрос ускорения реализованного в коде параллельного алгоритма по сравнению со случаем линейной зависимости ускорения от числа вычислительных ядер. Проведен ряд расчетов с использованием различного числа треугольных ячеек и сравнение картин инициирования детонации. Для всех проведенных расчетов время инициирования детонации примерно одинаковое. Основная разница в картинах детонации связана с разрешением структур, связанных с течением газа и физико-химическими реакциями в смеси.
Vasil’ev A.A. Cellular structures of a multifront detonation wave and initiation (review). Combust. Explos. Shock Waves, 2005, vol. 5, iss. 11, pp. 1–20.
Ivanov V.S., Frolov S.M., Zangiev A.E., Zvegintsev V.I., Shamshin I.O. Hydrogen fueled detonation ramjet:Conceptual design and test fires at Mach 1.5 and 2.0. Aerospace Science and Technology, 2021, no. 109, pp. 1–12.
Lopato A.I. Numerical simulation of shock-to-detonation transitions using one-stage and detailed chemical kinetics mechanism. In: Favorskaya, M.N., Favorskaya, A.V., Petrov, I.B., Lakhmi, C.J. (eds.) Smart Modeling for Engineering Systems, 2021, pp. 79–88.
Hirsch C. Numerical computation of internal and external flows: the fundamentals of computational fluid dynamics. Amsterdam, Elsevier, 2007, 680 p
Schultz E., Shepherd J. Validation of detailed reaction mechanisms for detonation simulation. Caltech Explosion Dynamics Lab, 2000, no. FM99-5.
Salome. The open space integration platform for numerical simulation. https://www.salome-platform.org. Last accessed 17 June 2023.
Liou M.S., Steffen C.J.Jr. A new flux splitting scheme. Journal of Computational Physics, 1993, no. 107, pp. 23–39.
Besnard J., Malony A., Shende S., Perache M., Carribault P., Jaeger J. An MPI halo-cell implementation for zero-copy abstraction. EuroMPI 15: Proceedings of the 22nd European MPI Users’ Group Meeting, 2015, pp. 1–9.
Savin G.I., Shabanov B.M., Telegin P.N., Baranov A.V. Joint Supercomputer Center of the Russian Academy of Sciences: Present and Future. Lobachevskii Journal of Mathematics, 2019, no. 40, pp. 1853–1862.
Visit. https://https://visit-dav.github.io/visit-website. Last accessed 17 June 2023.
Utkin P.S., Lopato A.I., Vasil’ev A.A. Mechanisms of detonation initiation in multi-focusing systems. Shock Waves, 2020, vol. 30, iss. 4, pp. 741–753.
Лопато А.И. Математическое моделирование инициирования детонации в канале с профилированным торцом с использованием параллельных вычислений. Математическое моделирование и численные методы, 2023, № 4, с. 15–26
Работа выполнена в рамках госзадания ИАП РАН.
Скачать статью
Количество скачиваний: 130