Международная конференция
«Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика», посвященная 90-летию со дня рождения академика Н.Н. Яненко
№ гос. регистрации 0321101160, ISBN 978-5-905569-01-2

Иванов М.С.   Шоев Г.В.   Бондарь Е.А.   Хотяновский Д.В.   Кудрявцев А.Н.  

Моделирование распространения ударной волны в микроканале с учетом эффектов вязкости

Докладчик: Иванов М.С.

     В микротечениях эффекты вязкости и теплопроводности, потери тепла при взаимодействии со стенками могут играть важную роль. Численные исследования распространения ударной волны в микроканале с учетом вязкости и эффектов разреженности показывают значительное отличие от невязкой теории, которая корректно описывает большинство особенностей течения на макромасштабах. В этих исследованиях ударная волна генерировалась в микроканале разрывом мембраны, разделяющей области высокого и низкого давления. Недавно был предложен альтернативный вариант генерации ударной волны в микроканале – генерировать ударную волну в ударной трубе обычного размера, которая затем из камеры низкого давления входит в микроканал. Экспериментальные исследования такого процесса входа и распространения ударной волны в микроканале показали заметное затухание ударной волны внутри микроканала. Однако полное понимание влияния эффектов вязкости на распространение ударных волн в микроустройствах требует дальнейших исследований.
      Главной целью настоящей работы является численное моделирование входа и распространения ударной волны в микроканале с учетом вязкости, теплопроводности и эффектов разреженности. В работе проведены численные исследования процессов входа и распространения ударной волны в микроканале с использованием кинетического и континуального подходов. Показано усиление ударной волны после входа в микроканал в численном моделировании на основе уравнений Эйлера и при численном моделировании с учетом вязкости в околоконтинуальном режиме. Далее вниз по течению в невязком случае ударная волна распространяется с постоянной скоростью. В численном моделировании с учетом вязкости происходит затухание ударной волны, что качественно согласуется с экспериментальными данными. При больших числах Кнудсена наблюдается только более интенсивное затухание ударной волны внутри микроканала.

Работа выполнена при финансовой поддержке программы фундаментальных исследований Президиума РАН №11, коллаборационного исследовательского проекта IFS J10016, молодежного Лаврентьевского проекта. Вычисления проводились в Межведомственном Суперкомпьютерном Центре РАН, Москва, и Сибирском Суперкомпьютерном центре СО РАН, Новосибирск.