On One Method for Calculating Nonstationary Heat Transfer between a Gas Flow and a Solid Body

V. T. Zhukov; Жуков В. Т.; N. D. Novikova; Новикова Н. Д.; O. B. Feodoritova; Феодоритова О. Б.

doi:10.31857/S0044466923120335

Об одном методе расчета нестационарного теплообмена газового потока и твердого тела

Авторы: Жуков В.Т.¹, Новикова Н.Д.¹, Феодоритова О.Б.¹
Учреждения:
1. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН
Выпуск: Том 63, № 12 (2023)
Страницы: 2066-2080
Раздел: МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ФИЗИКА
URL: https://ogarev-online.ru/0044-4669/article/view/233035
DOI: https://doi.org/10.31857/S0044466923120335
EDN: https://elibrary.ru/RIMZUD
ID: 233035

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Представлен метод расчета нестационарного теплового взаимодействия вязкого газового потока и твердого тела. Метод состоит в выполнении прямого совместного интегрирования по времени уравнений газодинамики многокомпонентной смеси и уравнения теплопроводности в твердом теле на многоблочных неструктурированных сетках. Для расчета одного временного шага используется расщепление системы определяющих уравнений на гиперболическую и параболическую подсистемы. Численный метод обеспечивает аппроксимацию условия сопряжения (непрерывность температуры и нормальной к границе компоненты вектора теплового потока) на интерфейсной границе между газом и твердым телом и эффективен для нестационарных расчетов. Результаты сравнения с аналитическим решением модельной задачи о взаимодействии высокоскоростного потока и нагреваемой пластины подтверждают эффективность предложенного метода. Библ. 23. Фиг. 4.

Ключевые слова

численное моделирование, уравнения Навье–Стокса, теплопроводность, сопряженный теплообмен, газовая смесь, твердое тело.

Список литературы

Dimitrienko Y.I., Zakharov A.A., Koryakov M.N. Coupled problems of high-speed aerodynamics and thermomechanics of heat-shielding structures // J. Phys.: Conf. Ser., 2018. V. 1141. P. 012094.
Зинченко В.И., Гольдин В.Д. Решение сопряженной задачи нестационарного теплообмена при сверхзвуковом обтекании затупленного по сфере конуса // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93. № 2. С. 431–442.
Meng F., Banks J.W., Henshaw W.D., Schwendeman D.W. A stable and accurate partitioned algorithm for conjugate heat transfer // J. Computational Physics. 2017. V. 344. № 1. C. 51–85.
Pozzi A., Tognaccini R. Time singularities in conjugated thermo-fluid-dynamic phenomena // J. Fluid Mech., 2005. V. 538. C. 361–376.
Radenac E., Gressier J., Millan P. Methodology of numerical coupling for transient conjugate heat transfer // Computers & Fluids. 2014. V. 100. C. 95–107.
Luikov A.V. Conjugate convective heat transfer problems // Int. J. of Heat and Mass Transfer. 1974. V. 17. P. 1207–1214.
Feodoritova O.B., Krasnov M.M., Novikova N.D., Zhukov V.T. A Numerical Method for Conjugate Heat Transfer Problems in Multicomponent Flows // J. Phys.: Conf. Ser., 2021. V. 2028. P. 012024.
Galanin M.P., Zhukov V.T., Klyushnev N.V. at al. Implementation of an iterative algorithm for the coupled heat transfer in case of high-speed flow around a body // Comput. & Fluids. 2018. V. 172. P. 483–491.
Загускин В.Л., Кондрашов В.Е. О счете уравнений теплопроводности и газовой динамики прогонкой по отдельным областям // Докл. АН СССР. 1965. Т. 163. № 5. С. 1107–1109.
Giles M.B. Stability analysis of numerical interface conditions in fluid structure thermal analysis // Int. J. Numer. Meth. Fluids, 1997. V. 25. № 4. C. 421–436.
Коротков А.В. Конечно-объемная дискретизация прямого метода решения задач сопряженного теплообмена в пакете программ “ЛОГОС” // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2022. № 3. С. 7–21.
Feodoritova O.B., Novikova N.D., Zhukov V.T. An explicit iterative scheme for 3D multicomponent heat conducting flow simulation // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2028. P. 012022.
Жуков В.Т., Новикова Н.Д., Феодоритова О.Б. Об одном подходе к интегрированию по времени системы уравнений Навье–Стокса // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2020. Т. 60. № 2. С. 267–280.
Жуков В.Т. О явных методах численного интегрирования для параболических уравнений // Матем. моделирование. 2010. Т. 22. № 10. С. 127–158.
Дородницын А.А. Пограничный слой в сжимаемом газе // Прикл. матем. и механика. 1942. Т. 6. № 6. С. 449–486.
Франк-Каменецкий Д.А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1987.
Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмерные модели. М.: Физматлит, 2018.
Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М: Едиториал УРСС, 2003.
Борисов В.Е., Рыков Ю.Г. Моделирование течений многокомпонентных газовых смесей с использованием метода двойного потока//Матем. моделирование. 2020. Т. 32. № 10. С. 3–20.
Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1966.
Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978.
Программный комплекс NOISEtte–MCFL для расчета многокомпонентных реагирующих течений / В.Е. Борисов [и др.] // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2023. № 6. 23 с.
Жуков В.Т., Новикова Н.Д., Феодоритова О.Б. О прямом методе решения задачи сопряженного теплообмена газовой смеси и твердого тела // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2023. № 12. 36 с.