Simulation of unsteady gas-particle flow induced by the shock-wave interaction with a particle layer

На основе модели взаимопроникающих континуумов проводится численное моделирование нестационарного течения газовзвеси, возникающего при взаимодействии ударной волны со слоем инертных частиц. Каждая фаза описывается набором уравнений, выражающих законы сохранения массы, импульса и энергии. Межфазное взаимодействие учитывается при помощи источниковых членов в уравнениях изменения количества движения и энергии. Основные уравнения для газовой и дисперсной фаз имеют гиперболический тип, допускают запись в консервативной форме и решаются с использованием численного метода типа Годунова повышенного порядка точности. Для дискретизации уравнений по времени применяется метод Рунге-Кутты 3-го порядка. Построенная модель позволяет рассчитывать широкий спектр режимов течения газовзвеси, возникающих при изменении объемной концентрации дисперсной фазы. Обсуждаются вопросы, связанные с замыканием математической модели, а также детали реализации численной модели. Приводятся ударно-волновая структура течения и пространственно-временные зависимости концентрации частиц и других параметров потока. A numerical simulation of the unsteady gas-particle flow arising from the shock-wave interaction with a layer of inert particles is performed based on a continuum model. Each phase is described by a set of equations describing the conservation laws of mass, momentum and energy. The interphase interaction is taken into account using source terms in the momentum and energy equations. The governing equations for the gas and dispersed phases are of a hyperbolic type, they can be written in a conservative form and can be solved with a Godunov-type numerical method. A third order Runge-Kutta method is used to discretize the governing equations in time. The proposed model allows one to calculate a wide range of gas-particle flow regimes occurring when the volume concentration of the dispersed phase varies. The closure of the mathematical model and some details of numerical model implementation are discussed. The shock-wave flow structure as well as the space-time dependencies of particle concentration and other flow parameters are presented.