ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТРЕХМЕРНОГО ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В ГАЗОВОЙ ЦЕНТРИФУГЕ. ЧАСТЬ 1. ОПИСАНИЕ МЕТОДИКИ

Ю. В. Янилкин, В. П. Стаценко, Ю. Д. Чернышёв, С. П. Беляев, В. Ю. Колобянин, А. В. Кондрашенко, О. О. Топорова, И. Ю. Турутина
Вопросы атомной науки и техники. Сер. Математическое моделирование физических процессов 2022. Вып.3. С. 3-19.

       Статья представляет собой первую часть работы, посвященной трехмерному численному моделированию разреженного газа в реальной газовой центрифуге с учетом физической вязкости и теплопроводности. Приведено описание численной методики, реализация которой проведена на основе методики ЭГАК на цилиндрической сетке в специальной системе координат на параллельной ЭВМ. Часть процессов аппроксимируется в неподвижной декартовой системе координат, а часть - в инерциальной цилиндрической системе. Методика предназначена для сквозного моделирования всего процесса работы центрифуги без применения приближенных методов "сшивки" результатов расчетов в разных областях центрифуги. С этой целью используется приближение, основанное на том, что уравнения газовой динамики, теплопроводности и диффузии применимы всюду. Используется подход, основанный на решении трехмерных уравнений Навье-Стокса во всей центрифуге, в том числе в области двумерного течения в разделительной камере. Для улучшения эффективности программы используется декомпозиция по процессам, в которой на область двумерного течения приходится всего один процесс. Это позволяет экономить вычислительные ресурсы на порядки. Результаты тестирования методики приводятся во второй части работы (рис. - 8, список лит. - 9).

Полный текст статьи

      Данная статья является продолжением первой части работы авторов, посвященной трехмерному численному моделированию течений в газовой центрифуге. Во второй части приводятся описание шести трехмерных и двумерных тестовых задач для однокамерной и двухкамерной модельной центрифуги "Игуассу" и результаты их моделирования по трехмерной методике, описание которой дано в первой части работы. Рассмотрены следующие задачи: твердотельное вращение газа c постоянной температурой; установление твердотельного вращения; газодинамическая задача c учетом теплопроводности, для которой получено аналитическое решение; однокамерная модель ротора газовой центрифуги, для которой также получено аналитическое решение; задача с двухкамерной моделью ротора газовой центрифуги, в которой исследовалось влияние места сшивки двумерной и трехмерной областей решения и сходимость численного решения при измельчении счетной сетки; одномерная диффузионная задача с аналитическим решением. Для всех тестов получено приемлемое согласие с аналитическими решениями (рис. - 15, список лит. - 9).

Полный текст статьи