Параметрическое исследование численных характеристик динамики пневмогидравлических устройств на основе сопряжённой осесимметричной CFD-модели

Параметрическое исследование численных характеристик динамики пневмогидравлических устройств на основе сопряжённой осесимметричной CFD-модели

Титова А.В. (УдмФИЦ УрО РАН, Ижевск, Россия)
Карпов А.И. (УдмФИЦ УрО РАН, Ижевск, Россия)

Аннотация

Работа посвящена уточнению и параметрическому исследованию численных характеристик сопряжённой осесимметричной модели динамики пневмогидравлических устройств (ПГУ). Модель объединяет нульмерную термодинамическую постановку для газовой полости и движения поршня с двумерными осесимметричными нестационарными уравнениями Навье–Стокса для вязкой несжимаемой рабочей жидкости; реализация выполнена в разработанном авторами программном коде методом конечных объёмов на неразнесённой сетке с алгоритмом PISO. Приведена полная постановка сопряжённой задачи (геометрия, определяющие уравнения, начальные и граничные условия, характерное число Рейнольдса), обоснован выбор ламинарной модели течения. Выполнено исследование численных характеристик алгоритма: сеточная сходимость (размер ячейки от 3,0 до 0,5 мм) и влияние шага по времени, с обоснованием выбора базовой конфигурации (размер ячейки 1,0 мм). Корректность модели подтверждена сопоставлением расчётного стационарного положения поршня с экспериментальными данными. Показано, что учёт вязкости и сжимаемости жидкости даёт релаксационный (демпфирующий) эффект: сопряжённая модель воспроизводит физически обусловленное затухание переходного процесса, тогда как нульмерная модель завышает время затухания колебаний примерно в десять раз. Структура течения (профили осевой скорости и векторные поля с рециркуляционными зонами) непосредственно демонстрирует механизм демпфирования. Сделан вывод, что предложенная сопряжённая модель является более надёжной основой прогнозирования демпфирующих характеристик ПГУ, а её собственная программная реализация обеспечивает необходимый контроль над схемами дискретизации, граничными условиями и алгоритмом сопряжения.

Ключевые слова

пневмогидравлическое устройство; сопряжённый алгоритм; уравнения Навье–Стокса; метод конечных объёмов; несмещённая сетка; сеточная сходимость; реверсивное течение; сжимаемость жидкости.

Издание

Труды Института системного программирования РАН, том 38, вып. 6, часть 2, 2026, стр. 333-346.

ISSN 2220-6426 (Online), ISSN 2079-8156 (Print).

DOI: 10.15514/ISPRAS-2026-38(6)-41

Для цитирования

Титова А.В., Карпов А.И. Параметрическое исследование численных характеристик динамики пневмогидравлических устройств на основе сопряжённой осесимметричной CFD-модели. Труды Института системного программирования РАН, том 38, вып. 6, часть 2, 2026, стр. 333-346. DOI: 10.15514/ISPRAS-2026-38(6)-41.

Полный текст статьи в формате pdf Вернуться к содержанию тома