Газодинамические процессы

Рис.1. Аналитические возможности моделей

Вычислительный эксперимент по исследованию процессов гидрогазо­динамики в элементах ЛА включает ряд последовательных этапов: форму­лировки физической и математической моделей, включая выбор численно­го метода для решения поставленной задачи, подготовки исходных дан­ных, проведения необходимых вариантов расчетов и анализа результатов.

Теоретические модели процессов гидрогазодинамики выдвигают до­статочно высокие требования к вычислительным методам и средствам ре­шения. В связи с этим при формулировке физической и математической моделей должны быть определены в каждом конкретном случае основные процессы и явления, происходящие в рассматриваемом объекте ЛА, указа­ны принимаемые допущения и сформулированы уравнения, описывающие данные процессы. Этот этап не может быть формализован до такой степе­ни, чтобы его можно было полностью осуществить с помощью ЭВМ, и требует проведения анализа со стороны инженера. В частности, для газо­динамических процессов следует определить необходимость учета таких факторов, как переменность свойств среды, многофазность, диффузионных процессов, неравновесности потока продуктов сгорания РДТТ и химиче­ских реакций, взаимодействия газового потока с излучением, объемного тепловыделения (теплопоглощения), турбулентности и ряда других.

На данном этапе необходимо удовлетворить противоречивым требо­ваниям: с одной стороны, целесообразно включить в модель максимально возможное число действующих факторов для обеспечения высокой точно­сти результатов, а с другой - учитывать возможности имеющейся в распо­ряжении инженера ЭВМ.

Важным этапом вычислительного эксперимента является подготовка исходных данных. На данном этапе решается ряд задач: формирование геометрической модели исследуемой области, задание начальных свойств газа в области течения, задание факторов внешних воздействий.

Формирование геометрической модели включает описание размеров контура исследуемой области, дискретизации на элементы, описание топо­логии сетки. Исходной информацией может служить чертеж или эскиз ис­следуемого узла. Процесс формирования геометрической модели области в значительной части должен быть автоматизирован и требовать лишь ввода контура элементов конструкции. При этом целесообразно обеспечить та­кие функции, как: возможность корректировки получаемой сетки (удале­ние и добавление узлов и элементов, оптимизация формы и ширины ленты и др.), построение сечений для трехмерных моделей, задание границ.

Задание свойств среды и начальных условий, а также настройка мо­дели на отличительные особенности рассматриваемой задачи должна обеспечиваться гибкими автоматизированными процедурами ввода дан­ных. По наиболее распространенным вариантам целесообразно иметь базы данных.

Анализ результатов может осуществляться уже на этапе проведения расчетов. Это должно обеспечиваться визуализацией, сопровождающей процесс моделирования и возможностью изменения параметров моделиру­емых процессов в ходе вычислительного эксперимента. Благодаря компь­ютерной визуализации исследуемых процессов, качественно изменяется характер труда инженера-исследователя. Во-первых, получение результа­тов в не в виде огромных массивов цифровой информации, а в форме гра­фиков, изолиний, теневых фотографий, с возможностью вывода на экране числовых значений параметров процессов в любой точке области, суще­ственно облегчает и ускоряет исследование, а во-вторых, разработчик по­лучает дополнительный импульс к более глубокому уяснению функцио­нальной сущности процессов и явлений. Таким образом, уже на ранних стадиях проектирования у проектировщика появляется возможность про­гнозировать нежелательные эффекты и оптимизировать конструкцию.