Модель скачка сечения с расходной характеристикой, алгоритм вычислений и валидация для нестационарного течения газа

Предложены алгоритмы расчета газодинамических потоков по модели местного сопротивления с постоянным коэффициентом расхода Cd. В основу расчета потоков положено решение задачи о распаде разрыва на границе трубопроводов с разными сечениями. Разработаны процедуры расчета РР, позволяющие встроить модель местного сопротивления в вычисления нестационарных течений газа по одномерной модели. Для медленных течений (примерно до числа Маха 0,07 в суженной струе на местном сопротивлении) предложена линеаризованная процедура, сходящаяся за три–четыре итерации. Для общего случая создана итерационная процедура решения уравнений модели распада разрыва с газодинамическими функциями. Модель встроена в пакет ALLBEA и прошла валидацию на экспериментах с волнами конечной амплитуды. Сравнением с данными измерений давлений в сечениях составного трубопровода подтверждена корректность модели и процедур. Разработка вносит вклад в развитие отечественного программного обеспечения для расчета газообмена тепловых двигателей и других систем.
EDN: BKLIZN, https://elibrary/bklizn

Литература

[1] GT-SUITE. gtisoft.com: веб-сайт. URL: https://www.gtisoft.com/gt-suite/ (дата обращения: 10.10.2025).

[2] AVL iceSUITE™. avl.com: веб-сайт. URL: https://www.avl.com/avl-icesuite (дата обращения: 10.10.2025).

[3] WAVE. realis-simulation.com: веб-сайт. URL: https://www.realis-simulation.com/products/wave/ (дата обращения: 10.10.2025).

[4] Еникеев Р.Д., Черноусов А.А. Пакет прикладных программ ALLBEA для моделирования и оптимизации процессов энергетических установок. Двигателестроение, 2023, № 4, c. 3–15.

[5] Гришин Ю.А., Зенкин В.А., Хмелев Р.Н. Граничные условия для численного расчета газообмена в поршневых двигателях. Инженерно-физический журнал, 2017, т. 90, № 4, с. 1012–1017.

[6] Гришин Ю.А., Семенчукова В.С. Использование нестационарных газодинамических функций для численного моделирования волновых процессов в поршневом двигателе. Двигателестроение, 2022, № 4, с. 28–39.

[7] Гришин Ю.А., Барченко Ф.Б. Исследование течения газа в выпускном коллекторе поршневого двигателя. Двигателестроение, 2024, № 4, с. 3–19.

[8] Toro E.F. Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics. Springer, 2009. 724 p.

[9] Рудой Б.П. Прикладная нестационарная газовая динамика. Уфа, УАИ, 1988. 184 c.

[10] Гришин Ю.А., Рудой Б.П. Установка для генерирования уединенных волн конечной амплитуды. В: Элементы теории рабочих процессов ДВС. Уфа, УАИ, 1976, № 1, с. 53–55.

[11] Черноусов А.А. О достоверности результатов моделирования движения волн конечной амплитуды в длинном неразветвленном трубопроводе с местными сопротивлениями в одномерном приближении. Вестник УГАТУ, 2009, № 1, с. 197–210.

[12] Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. Ч. 1. Москва, Наука, 1991. 600 с.

[13] Shapiro A.H. The dynamics and thermodynamics of compressible fluid flow. Vol. 1. Wiley, 1953. 672 p.

[14] Chernousov A.A., Enikeev R.D. Friction and heat transfer models derivation, validation and calibration on experimental data for unsteady air flow in pipe. In: Proceedings of the 8th International Conference on Industrial Engineering. Springer, 2023, pp. 496–507, doi: https://doi.org/10.1007/978-3-031-14125-6_50

[15] Черноусов А.А. Программа ALLBEA OPTIM для оптимизации параметров по генетическому алгоритму. Свид. о гос. рег. прог. ЭВМ № 2021666333 от 05.10.2021.