ГОСТ Р 57700.12-2018 Численное моделирование физических процессов. Численное моделирование сверхзвуковых течений невязких газов. Верификация ПО

ГОСТ Р 57700.12-2018

     
     
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Численное моделирование сверхзвуковых течений невязких газов. Верификация ПО

Numerical modeling of physical processes. Numerical modeling of supersonic inviscid gas flows. Software verification

ОКС 35.020

Дата введения 2019-01-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом "Т-Сервисы" (ЗАО "Т-Сервисы")

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 700 "Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 февраля 2018 г. N 52-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Верификация программного обеспечения (ПО), предназначенного для численного моделирования сверхзвуковых течений невязких газов, должна производиться на основе аналитических решений задач, покрывающих широкий спектр течений с разнообразными граничными и начальными условиями, нестационарными взаимодействиями ударно-волновых структур. В данном стандарте предлагаются задачи для верификации возможности численной схемы или кода дать результаты, имеющие отношение к реальным течениям газа. Рассматриваются два способа верификации: сопоставление численных результатов с точным аналитическим решением и с условно эталонными численными решениями. К эталонным отнесены задачи, не имеющие точных решений, но многократно решенные численно различными авторами с использованием разнообразных численных схем.

Данный стандарт относится к вопросам верификации схем и кодов, разрабатываемых для численного моделирования течений невязкого (идеального) газа со сверхзвуковыми скоростями. Стационарные сверхзвуковые течения описываются уравнениями гиперболического типа. Поэтому многие задачи динамики сверхзвуковых потоков невязкого газа могут быть решены численно методом характеристик [1] или маршевым методом сквозного счета [2], [3]. В то же время при сверхзвуковых скоростях в потоках могут возникать поверхности сильных гидродинамических разрывов, бесконечно тонких в случае невязкого газа. В некоторых случаях выделение гидродинамического разрыва может быть принципиальным требованием. Тогда при использовании численных методов [1], [3] возникает проблема выделения этих разрывов. Наиболее просто выделять разрывы, которые являются внешней границей возмущенной области. Для выделения разрывов во внутренней области возмущенного течения требуется введение специальных процедур, которые не рассматриваются в данном стандарте.

Альтернативой методам [1], [3] является метод установления на базе консервативных конечно-разностных схем численного решения нестационарных уравнений газовой динамики [4], [6]. Консервативная или дивергентная форма записи уравнений нестационарной газодинамики позволяет моделировать обобщенные или кусочно-гладкие решения уравнений динамики невязкого газа и тем самым стандартизировать процесс вычислений.

Однако при использовании консервативных конечно-разностных схем возникают проблемы, связанные с влиянием численной или схемной вязкости и диффузии. Бесконечно тонкие в невязком газе гидродинамические разрывы в численном решении приобретают толщину, физически необоснованно увеличивается область возмущенного течения, что в конечном счете может привести к неадекватному описанию динамики потока идеального газа.

1 Область применения

Данный стандарт относится к вопросам верификации численных методов, схем и кодов, разрабатываемых для моделирования течений химически инертного идеального газа со сверхзвуковыми скоростями, в которых могут возникать гидродинамические разрывы и области дозвукового течения. Идеальный газ предполагает отсутствие вязкости, теплопроводности и диффузии компонент.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использована нормативная ссылка на следующий стандарт:

ГОСТ Р 57188 Численное моделирование физических процессов. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 маршевая переменная: Время в нестационарной задаче или пространственная переменная в стационарной задаче, по направлению которой течение имеет сверхзвуковую скорость.

3.2 маршевый метод: Метод численного решения стационарных уравнений газовой динамики с последовательным продвижением по маршевой переменной [1], [3].

3.3 метод установления: Метод численного решения стационарных уравнений как предельного по времени решения нестационарных уравнений газовой динамики [4], [6].

3.4 условия непротекания: Потоки массы и энергии по нормали к поверхности равны нулю.

3.5 условия открытой границы: Текущие параметры потока сносятся на границу расчетной области.