Игорь Вячеславович Лаптев (АО ГНЦ "Центр Келдыша") :
Статьи:
Городнов А. О. (АО ГНЦ "Центр Келдыша"), Лаптев И. В. (АО ГНЦ "Центр Келдыша"), Сидоренко Н. Ю. (АО ГНЦ "Центр Келдыша"/Московский физико-технический институт), Иванов М. Ю., Малахов А. С., Реш Г. Ф.
doi: 10.18698/2309-3684-2023-2-6789
Рассмотрены вопросы математического моделирования трёхмерного ламинарного и турбулентного движения вязкой несжимаемой жидкости в многослойных проницаемых структурах – пористых сетчатых материалах. Каждый слой материала представляет собой тканую металлическую сетку с квадратными ячейками микронных размеров. Пористые сетчатые материалы широко применяются в космической, химической, нефтегазовой, атомной и других областях промышленности, например, в качестве гидравлических фильтров. Такие материалы обладают сложной внутренней структурой и многообразием возможных геометрических конфигураций. Поэтому в общем случае характер функциональной зависимости гидравлического сопротивления, которое образец материала оказывает потоку протекающей в его поровых каналах жидкости, от числа Рейнольдса не известен. Для определения этой зависимости у существующего материала, а также создания материала с заранее заданным гидравлическим сопротивлением, применялся инструментарий вычислительной гидродинамики. Использованы отечественная система инженерного анализа «Логос» и авторский программный код, разработанный в АО ГНЦ «Центр Келдыша». Методами контрольных объёмов на неструктурированной расчётной сетке для интегрирования уравнений Навье-Стокса и решёточных уравнений Больцмана определены физические параметры массопереноса жидкости в пористом материале фильтра и его гидравлическое сопротивление. Установлено, что использованные теоретические методики позволяют оценить «сверху» функциональную зависимость гидравлического сопротивления пористого сетчатого материала от числа Рейнольдса в диапазоне значений от 0,01 до 500. Для верификации математической модели изготовлена экспериментальная установка, с помощью которой выполнен цикл гидравлических проливок образца пористого сетчатого материала. Полученные численные решения согласуются с имеющимися аналитическими зависимостями, полученными в работах отечественных и зарубежных учёных, и результатами экспериментальных исследований.
Городнов А.О., Лаптев И.В., Сидоренко Н.Ю., Иванов М.Ю., Малахов А.С., Реш Г.Ф. Математическое моделирование процессов ламинарной и турбулентной фильтрации жидкой несжимаемой среды в пористых сетчатых материалах. Математическое моделирование и численные методы, 2023, № 2, с. 67–89.
621.454.2 Численное моделирование гидравлических характеристик пористых сетчатых материалов
Королева А. П. (Научно-технологический университет "Сириус"), Минин С. В. (Научно-технологический университет "Сириус"), Городнов А. О. (АО ГНЦ "Центр Келдыша"), Лаптев И. В. (АО ГНЦ "Центр Келдыша"), Петрова С. В. (АО ГНЦ "Центр Келдыша")
doi: 10.18698/2309-3684-2026-1-2248
В работе представлена автоматизированная методика определения гидравлических характеристик пористых сетчатых материалов (ПСМ) методами компьютерного моделирования. Предложенный подход включает параметризованные геометрические модели ПСМ различного типа плетения, способ формирования дискретной модели, расчетного варианта, а также автоматизацию проведения гидродинамических расчетов и обработку результатов. Проведено исследование корректности допущений, принятых в рамках методики, включая анализ типов и параметров пятен контакта нитей идеализованной геометрии, размера представительных элементов. Выполнено сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными из открытой литературы. Показано, что для различных типов ПСМ разработанная методика обеспечивает точность расчёта перепада давления в пористом сетчатом материале на уровне 6–17 % в диапазоне чисел Рейнольдса, соответствующем вязкостному и инерционному режимам течения и 35 % на переходных режимах течения. Проведено сопоставление результатов моделирования по предложенной методике с расчетами по известным из литературы обобщающими опытные данные зависимостями и теоретическими моделями. Показано, что максимальное относительное отклонение от валидационных данных в рамках предложенных подходов более чем в два раза ниже, чем при расчете с применением аналитических соотношений. Результаты исследования подтверждают применимость и эффективность предложенных в работе подходов для решения как исследовательских, так и практических задач.
Королева А.П., Минин С.В., Городнов А.О., Лаптев И.В., Петрова С.В. Численное моделирование гидравлических характеристик пористых сетчатых материалов. Математическое моделирование и численные методы, 2026, № 1, с. 22–48.