Стратегия постановки численного эксперимета

 

Газодинамическая задача является временной, поэтому решение ее будет проводиться в зависимости от времени. Для этого необходимо построить несколько моделей, в которых будет меняться объем «подракетного» пространства, в зависимости от движения ракеты. При достижении давления, которое обеспечивает движение ракеты на величину H (величина Н выбирается из условия точности расчета), решается новая модель, начальные условия в которой соответствуют параметрам в последний момент предыдущего расчета. При таком подходе определяются только параметры газа, а движение ракеты определяется из уравнения

 

 и .

 

· Построение твердотельной модели

Как уже было сказано, модель можно построить в любом графическом редакторе, в том числе KOMPAS, Solid Works, Unigraphics, ProEngineer. В данном случае выбран пакет Solid Works, в котором была создана модель и расчетная область. Так как модель симметрична, то можно ограничиться построением сектора (рис.4.1).

Конечным результатом построения должны стать сохраненные файлы формата Parasolid (текстовые).

 

Рисунок 4.1. Схемы твердотельных моделей (нижняя часть)

 

· Построение сетки

Одним из самых сложных этапов моделирования, является построение сетки расчетной области. Качество сетки влияет на сходимость решаемой задачи и самое главное, на правдивость полученных результатов. Необходимо помнить, что сетка должна иметь больших различий по соотношениям объемов ячеек. При уменьшении объема ячеек – увеличивается точность, но при этом и увеличивается время расчета. Но, зная, что наиболее важной характеристикой точности является величина ячеек на границе с телом, то объем ячеек сетки будем уменьшать от краев расчетной области к границам рассматриваемого тела.

Сетка для схемы изображенной на рис.4.1 создавалась в специализированном сеточном генераторе ICEM CFD компании ANSYS. Для быстроты построения сетки были использованы тетраэдрические ячейки (рис.4.2). Но, несмотря на быстроту построения этот метод обладает плохой сходимостью при расчете и снижает скорость самого расчета.

 

Рисунок 4.2. Тетраэдрическая сетка

 

· Подготовка решателя расчетного комплекса и проведение расчета

Для экспортированной в Ansys CFX сеточной модели были определены граничные условия. Определение границ изображено на рис. 4.3.

Рисунок 4.3. Определение границ расчетной области

 

В качестве параметров расчета были использованы следующие:

1. Модель газа: модель газа, приближенного к параметрам реального воздуха при температуре 25 градусов - Air at 25C.

2. Модель турбулентности: SST с решением полного уравнения энергии.

3. Модель стенки: адиабатическая стенка (Adiabatic Wall) с учетом поверхностных напряжений трения (без проскальзывания) – No Slip.

4. Схема решения уравнений: Временной.

5. Параметры сходимости решения: максимальное число итераций – 30.

6. Временной шаг – 0,005 секунд

7. Граничные условия задавались следующим образом:

8. Граница входа Inlet: статическая температура (Static Temperature) – 2500 К, массовый расход через вход – 5,36 кг/с

9. Свободный выход Open: статическое давление на выходе (Static Pressure for Entrainment) - 99600 Па, статическая температура (Static Temperature) – 298 К.

10.Граница симметрии – Symmetry.