Особенности построения расчетной схемы для моделирования динамики стабилизатора расхода в пакете OpenFOAM

Представлены результаты методического исследования, направленного на тестирование возможностей свободно распространяемого пакета OpenFOAM по построению расчетной схемы для моделирования динамики гидравлических агрегатов с помощью метода контрольного объема и подвижных сеток. Рассмотрены выбор наиболее подходящих технологий динамических скользящих сеток; построение расчетной схемы для сопряженной задачи FSI о взаимодействии подвижного регулирующего элемента (золотника) с течением рабочей жидкости; расчет переходного режима движения золотника для прототипа стабилизатора расхода новой конструкции; анализ нестационарных течений во внутренней полости агрегата; анализ устойчивости и производительности счета. На примере упрощенной осесимметричной модели стабилизатора расхода несжимаемой среды описаны основные этапы подготовки расчетной схемы для моделирования задачи об установлении золотника в положение равновесия под действием гидродинамической силы и силы реакции пружины. Приведены результаты предварительного стационарного расчета при фиксированном золотнике, которые использовались в качестве начального условия. Подробно описаны методы реализации движения сетки, отслеживающей движение золотника и технология скользящих сеток GGI, которая использовалась для моделирования перекрытия отверстия. Приведены результаты расчета переходного режима: поля скоростей и давления, графики обобщенных сил, действующих на золотник, график перемещений золотника от времени. Расчеты показали механизм возникновения нестационарных струйных и вихревых течений в проточной части стабилизатора. Проведенное методическое исследование позволяет сделать вывод о том, что пакет с открытым исходным кодом OpenFOAM в версии extend может быть успешно использован в качестве альтернативы коммерческим пакетам программ вычислительной гидродинамики (CFD), поскольку в нем имеются все необходимые средства для построения расчетных схем с деформируемыми сетками и расчета переходных режимов в агрегатах гидравлической автоматики, имеющих в конструкции подвижные элементы.