Разработка решателя iceFoam для моделирования процесса обледенения

  • Кошелев К.Б.
  • Мельникова В.Г.
  • Стрижак С.В.
Аннотация.

В настоящее время в РФ активно ведется освоение северных территорий. Вопросы изучения физических процессов обледенения являются актуальными, так как климатические условия оказывают влияние на поверхность исследуемых объектов (линии электропередач, жилые строения, энергетические установки, летательные аппараты), на безопасность людей и экологию. В облаках возможно появление и движение жидких капель. При исследовании двухфазных потоков, содержащих взвесь аэрозольных частиц (дисперсная фаза) в несущей среде (дисперсионная среда) в ат мосфере важно правильно оценивать основные параметры, определяющие систему, и адекватно описывать реальный процесс при помощи сформулированной математической модели. Данная статья посвящена разработке нового решателя iceFoam в составе открытого пакета OpenFOAM v1912 для моделирования процесса обледенения при характерном размере частиц порядка 40 мкм, что соответствует Приложению C Авиационных правил АП-25. Для описания динамики жидких капель используется Эйлер-Лагранжев подход. В качестве термодинамической модели реализована модифицированная модель жидкой пленки по теории мелкой воды. В расчете используется две сетки: одна для моделирования внешнего газокапельного потока, другая, толщиной в одну ячейку, для расчета нарастания льда. При разработке исходного кода на языке программирования C++ использовалась технология наследования, т.е. создания базовых и производных классов. В результате был разработан параллельный решатель iceFoam для моделирования движения динамики жидких частиц и образования льда на поверхности исследуемого тела. Представлены результаты расчета для случая обтекания цилиндра и профиля крыла NACA 0012 с помощью метода URANS и высокорейнольдсовой модели турбулентности Spalart-Allmaras. Приведены картины распределения толщины льда. Для расчета одного тестового примера было использовано от 8 до 32 вычислительных ядер на вычислительном кластере ИСП РАН.

Издание: Труды ИСП РАН, том 32, вып. 4, 2020 г., стр. 217–234.
DOI: 10.15514/ISPRAS–2020–32(4)–16