Отправить статью по E-mail Математическое моделирование с помощью программных комплексов NUT3D, BIC3D, ЭГАК и МИМОЗА турбулентного перемешивания в газовых системах с контактной границей в виде шеврона
- Авторы: Брагин М.Д.1, Змитренко Н.В.1, Змушко В.В.2, Кучугов П.А.1, Левкина Е.В.2, Анисифоров К.В.2, Невмержицкий Н.В.2, Разин А.Н.2, Сеньковский Е.Д.2, Стаценко В.П.2, Тишкин В.Ф.1, Третьяченко Ю.В.2, Янилкин Ю.В.2
-
Учреждения:
- ФГУ “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук”
- Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 66-87
- Раздел: ПРОГРАММНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, ТЕСТИРОВАНИЕ И ВЕРИФИКАЦИЯ ПРОГРАММ
- URL: https://journals.rcsi.science/0132-3474/article/view/259180
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0132347424010061
- EDN: https://elibrary.ru/HKMPEM
- ID: 259180
Цитировать
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Аннотация
В работе представлены расчетные и экспериментальные исследования эволюции турбулентного перемешивания в трехслойных газовых системах при развитии гидродинамических неустойчивостей Рихтмайера-Мешкова и Кельвина-Гельмгольца под действием ударных волн. Одна из контактных границ газов была плоской, вторая – с изломом в виде шеврона. Численные расчеты выполнены как без начальных возмущений контактных границ веществ, так и в присутствии возмущений. Показано, что шероховатость контактной границы существенно влияет на ширину зоны перемешивания.
Полный текст
Об авторах
М. Д. Брагин
ФГУ “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук”
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 4
Н. В. Змитренко
ФГУ “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук”
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 4
В. В. Змушко
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
П. А. Кучугов
ФГУ “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук”
Автор, ответственный за переписку.
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 4
Е. В. Левкина
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
К. В. Анисифоров
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
Н. В. Невмержицкий
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
А. Н. Разин
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
Е. Д. Сеньковский
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
В. П. Стаценко
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
В. Ф. Тишкин
ФГУ “Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша Российской академии наук”
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 125047, Москва, Миусская пл., д. 4
Ю. В. Третьяченко
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
Ю. В. Янилкин
Российский федеральный ядерный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики
Email: pkuchugov@gmail.com
Россия, 607188, Нижегородская обл., Саров, пр. Мира, 37
Список литературы
- Richtmyer R.D. Taylor instability in shock acceleration of compressed fluids, Commun. Pure Appl. Math. 13, 297, 1960.
- Мешков Е.Е. Неустойчивость границы раздела двух газов, ускоряемой ударной волной. Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. 5. С. 151–158. 1969.
- Helmholtz H.L.F. Uber discontinuilisсh Flussigkeits-Bewegungen. Monatsberichte Konigl. Preus. Akad. Wiss. Berlin. 1868. P. 215.
- Taylor G.I. The instability of liquid surfaces when accelerated in a direction perpendicular to their planes. I. Proc.Roy.Soc. 1950. V. A201. Р.192.
- Bel’kov S.A., Bondarenko S.V., Demchenko N.N. et al. Compression and burning of a direct-driven thermonuclear target under the conditions of inhomogeneous heating by multi-beam megajoule laser, PPCF, 61, 025011, 2019.
- Невмержицкий Н.В. Гидродинамические неустойчивости и турбулентное перемешивание веществ. Лабораторное моделирование. Монография / под ред. доктора техн. наук А.Л. Михайлова. Саров: ФГУП “РФЯЦ-ВНИИЭФ”, 2018. С. 246.
- Luo X., Guan B., Si T. et al. Richtmyer-Meshkov instability of a three-dimensional SF6-air interface with a minimum-surface feature, Phys. Rev E, 93, 013101, 2016.
- Brouillette M. The Richtmyer-Meshkov Instability, Annu. Rev. Fluid Mech., 34, 445, 2002.
- Невмержицкий Н.В., Разин А.Н., Трутнев Ю.А. и др. Исследование развития турбулентного перемешивания в трехслойных газовых системах с наклонной контактной границей. ВАНТ. Сер. Теоретическая и прикладная физика, 2, 12–17, 2008.
- Козлов В.И., Разин А.И., Шапоренко Е.В. и др. Результаты моделирования по методике КОРОНА газодинамических опытов по турбулентному перемешиванию в двумерных течениях. ВАНТ. Сер. Теоретическая и прикладная физика, 1, 31–38, 2009.
- Разин А.Н. Взаимодействие ударной волны с наклонной контактной границей. ВАНТ. Сер. Теоретическая и прикладная физика, 2, 3–11, 2008.
- Henderson L.F. On the refraction of shock waves, J. Fluid Mech., 198, 365–386, 1989.
- Hahn M., Drikakis D., Youngs D.L. et al. Richtmyer-Meshkov turbulent mixing arising from an inclined material interface with realistic surface perturbations and reshoked flow, Phys. Fluids, 23, 046101, 2011.
- Разин А.Н. Моделирование неустойчивости и турбулентного перемешивания в слоистых системах. Саров: ФГУП РФЯЦ ВНИИЭФ. 414. 2010.
- Змушко В.В., Разин А.Н., Синельникова А.А. Влияние начальной шероховатости контактных границ на развитие неустойчивости после прохождения ударной волны, Прикладная механика и техническая физика. 63. 3. 34–42. 2022.
- Бодров Е.В., Змушко В.В., Невмержицкий Н.В. и др. Расчетно-экспериментальное исследование развития турбулентного перемешивания в газовой слойке при прохождении ударной волны. Известия РАН. Механика жидкости и газа. 3. 54–62. 2018.
- Smith A.V., Holder D.A., Barton C.J. et al. Shock tube experiments on Richtmyer-Meshkov instability across a chevron profiled interface, Proceedings of the 8th IWPCTM, 2001.
- Holder D.A., Barton C.J. Shock tube Richtmyer-Meshkov experiments: Inverse chevron and half height, Proceeding of the 9th IWPCTM, 2004.
- Holder D.A., Smith A.V., Barton C.J. et al. Shock-tube experiments on Richtmyer-Meshkov instability growth using an enlarged double-bump perturbation, Laser and Particle Beams, 23, 411, 2003.
- Ладонкина М.Е. Численное моделирование турбулентного перемешивания с использованием высокопроизводительных систем. Институт математического моделирования РАН. 2005.
- Кучугов П.А. Динамика процессов турбулентного перемешивания в лазерных мишенях. Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. 2014.
- Кучугов П.А. Моделирование имплозии термоядерной мишени на гибридных вычислительных системах, Сб. тр. междунар. науч. конф. “Параллельные вычислительные технологии 2017”, г. Казань, Республика Татарстан, 3–7 апреля 2017 г., 399-409, 2017.
- Брагин М.Д., Рогов Б.В. О точном пространственном расщеплении многомерного скалярного квазилинейного гиперболического закона сохранения. Докл. АН. 2016. Т. 469. № 2. С. 143–147.
- Брагин М.Д. Неявно-явные бикомпактные схемы для гиперболических систем законов сохранения. // Матем. моделирование. 2022. Т. 34. № 6. С. 3–21.
- Bragin M.D., Rogov B.V. Conservative limiting method for high-order bicompact schemes as applied to systems of hyperbolic equations. Appl. Numer. Math. 2020. V. 151. P. 229–245.
- Брагин М.Д. Влияние монотонизации на спектральное разрешение бикомпактных схем в задаче о невязком вихре Тейлора-Грина // Ж. вычисл. матем. и матем. физ. 2022. Т. 62. № 4. С. 625–641.
- Groom M., Thornber B. The influence of the initial perturbation power spectra on the growth of a turbulent mixing layer induced by Richtmyer-Meshkov instability, Phys. D, 407, 132463, 2020.
- Youngs D.L. Three-dimensional numerical simulation of turbulent mixing by Rayleigh-Taylor instability, Phys. Fluids A, 3, 1312, 1991.
- Тишкин В.Ф., Никишин В.В., Попов И.В., Фаворский А.П. Разностные схемы трехмерной газовой динамики для задач о развитии неустойчивости Рихтмайера-Мешкова // Мат. модел. 7. 5. 15–25. 1995.
- Вязников К.В., Тишкин В.Ф., Фаворский А.П. Построение монотонных разностных схем повышенного порядка аппроксимации для систем линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами гиперболического типа // Мат. модел. 1. 5. 95–120. 1989.
- Toro E.F., Spruce M., Speares W. Restoration of the Contact Surface in the HLL-Riemann Solver, Shock Waves, 4, 25-34, 1994.
- Самарский А.А., Соболь И.М. Примеры численного расчета температурных волн. ЖВМиМФ. 3. 4. 702–719. 1963.
- Авдошина Е.В., Бондаренко Ю.А., Горбунов А.А., Дмитриева Ю.С., Наумов А.О., Проневич С.Н., Рудько Н.М., Тихомиров Б.П. Исследование точности различных методов усреднения коэффициента теплопроводности на стороне ячейки интегрирования при численном решении уравнения теплопроводности // ВАНТ. Сер. Математическое моделирование физических процессов. 3. 32. 2014.
- Колганов А.С. Автоматизация распараллеливания Фортран-программ для гетерогенных кластеров: автореф. дисс. к.ф.-м.н. М.: 2020. 22 с.
- Kataev N. Application of the LLVM Compiler Infrastructure to the Program Analysis in SAPFOR. In: Voevodin V., Sobolev S. (eds) Supercomputing. RuSCDays 2018. Communications in Computer and Information Science, vol 965. Springer, Cham. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-05807-4_41
- Bakhtin V.A., Krukov V.A. DVM-Approach to the Automation of the Development of Parallel Programs for Clusters // Programming and Computer Software. 2019. V. 45. № 3. P. 121-132.
- Янилкин Ю.В., Беляев С.П., Бондаренко Ю.А., Гаврилова Е.С., Гончаров Е.А., Горбенко А.Д., Городничев А.В., Губков Е.В., Гужова А.Р., Дегтяренко Л.И., Жарова Г.В., Колобянин В.Ю., Софронов В.Н., Стадник А.Л., Ховрин Н.А., Чернышова О.Н., Чистякова И.Н., Шемяков В.Н. Эйлеровы численные методики ЭГАК и ТРЭК для моделирования многомерных течений многокомпонентной среды. Тр. РФЯЦ-ВНИИЭФ. Науч.-иссл. изд. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ. Вып. 12. 54-65. 2008.
- Янилкин Ю.В. Модели замыкания уравнений лагранжевой газодинамики и упругопластики в многокомпонентных ячейках. Часть 1. Изотропные модели // ВАНТ. Сер. ММФП. Вып. 3. 3–21. 2017.
- Янилкин Ю.В., Колобянин В.Ю., Чистякова И.Н., Егужова М.Ю. Применение метода PPM в расчетах по методикам ЭГАК и ТРЭК // ВАНТ. Сер. ММФП. Вып. 4. 69–79. 2005.
- Бахрах С.М., Глаголева Ю.П., Самигулин М.С., Фролов В.Д., Яненко Н.Н., Янилкин Ю.В. Расчет газодинамических течений на основе метода концентраций // ДАН СССР. Т. 257. № 3. 566–569. 1981.
- Змушко В.В., Плетенёв Ф.А., Сараев В.А., Софронов И.Д. Методика решения трехмерных уравнений газовой динамики в смешанных лагранжево-эйлеровых координатах // ВАНТ. Сер. Методики и программы численного решения задач математической физики. 1988. Вып. 1. С. 22–27.
- Софронов И.Д., Афанасьева Е.А., Винокуров О.А. и др. Комплекс программ МИМОЗА для решения многомерных задач механики сплошной среды на ЭВМ “Эльбрус-2” // Вопр. атом. науки и техники. Сер. Математическое моделирование физических процессов. 1990. Вып. 2. С. 3–9.
- Zmushko V.V. Computation of convective flows and their realization in MIMOZA code // International Workshop “New Models of Numerical Codes for Shock Wave Processes in Condensed Media” / Oxford / September 15–19. 1997.
- Ладагин В.К., Пастушенко А.М. Об одной схеме расчета газодинамических течений // Численные методы механики сплошной среды. 1977. Т. 8. № 2. С. 66–72.
- Benson D.J. Volume of fluid interface reconstruction methods for multi-material problems. // Applied Mechanics Review 55(2). 2002. С. 151-165.
- Dyadechko V., Shashkov M. Multi-material interface reconstruction from the moment data. Technical report LA-UR-07-0656, LANL, 2006.
Дополнительные файлы
