Проблемы численного моделирования в аэрогидродинамике и тепломассообмене

В докладе приведен анализ современного состояния и перспектив развития вычислительной аэродинамики, изложены основы методологии компьютерного моделирования в аэрогидромеханике и тепломассообмене на основе нестационарных полных и упрощенных уравнений Навье-Стокса. Анализируются современные направления развития математических моделей в механике жидкости и газа, моделирования турбулентности, построения вычислительных сеток, численных алгоритмов решения уравнений Навье-Стокса, верификации моделей и тестирования методик, визуализации течения жидкостей и газов, разработки пакетов прикладных программ. Рассмотрены все этапы разработки и реализации численных алгоритмов расчета сжимаемых и несжимаемых течений: запись исходных уравнений, выбор модели турбулентности, получение разностного аналога, построение сетки, тестирование разработанных методик. При построении разностных аналогов применяются явные и неявные разностные схемы, метод конечных разностей и конечных объемов на структурированных и неструктурированных сетках. При решении систем алгебраических уравнений используются методы скалярной и векторной прогонки, итерационный метод Гаусса-Зейделя, метод сопряженных градиентов. Реализация используемого подхода выполнена в рамках разработанного пакета прикладных программ. При верификации и тестировании разработанных методик решались следующие задачи: тест Сода, задача Блазиуса, нерасчетное истечение из сопла, взаимодействие скачка уплотнения с ламинарным и турбулентным пограничным слоем, дозвуковое и сверхзвуковое обтекание сферы, цилиндра и конуса, комбинации сфера-цилиндр под углом атаки, угла из двух клиньев, конического вогнутого крыла, трансзвукового обтекания одиночного профиля, расчет течения в решетке компрессорных и турбинных профилей, обтекание клина, цилиндра и полуконуса, установленных на пластине. Приводится анализ результатов, полученные при решении прикладных задач аэродинамики несущих поверхностей летательных аппаратов, транспортных средств, ветроэнергетических установок, компрессоров, турбин, проточных частей, систем подачи топлива авиационных и ракетных двигателей, конвертеров и шлакоплавильных установок в металлургии, химической кинетики, свободной и вынужденной конвекции при взаимодействии гидродинамических, тепловых, концентрационных, электрических полей в градирнях, теплообменниках, химических источниках тока, генераторах бинарного льда и энергетических установках.