Analysis of the Effectiveness of Using a High-Accuracy Numerical Algorithm in the Simulation of Two-Phase Flow Problems

The continuous technical development of weapons and ammunition, as well as the growing requirements placed on new equipment, require the use of modern tools for their designing and testing. The analysis of the operation of powder propellant systems, which is the focus of interior ballistics, requires particularly specialised tools due to the complexity of the phenomena occurring during a shot. The development of numerical methods and the increase in the computing power of modern computers have enabled the modelling and simulation of highly complex physical problems and the development of numerical schemes with a theoretically arbitrary high order of accuracy. In this study, an attempt was made to develop a one-dimensional model of two-phase flows with a high order of solution accuracy in time, based on the finite volume method. The use of a two-phase flow model in the context of interior ballistics allows, among other things, the analysis of wave phenomena occurring during firing, which is crucial for safety reasons, especially in tank guns. The developed algorithm for solving two-phase systems was checked using recognised test problems for this type of model. The results of the work will be used to develop a numerical model to solve the main problem of interior ballistics.

---

Ciągły rozwój techniczny broni i amunicji oraz rosnące wymagania stawiane nowym konstrukcjom wymuszają zastosowanie nowoczesnych narzędzi do ich projektowania i badania. Analiza działania prochowych układów miotających, będąca w centrum zainteresowania balistyki wewnętrznej, wymaga szczególnie wyspecjalizowanych narzędzi, ze względu na złożoność zjawisk zachodzących podczas strzału. Rozwój metod numerycznych oraz wzrost mocy obliczeniowej współczesnych komputerów umożliwił modelowanie i symulację wysoce złożonych problemów fizycznych oraz opracowanie schematów numerycznych o teoretycznie dowolnie wysokim rzędzie dokładności. W niniejszej pracy została podjęta próba opracowania jednowymiarowego modelu przepływów dwufazowych o wysokim rzędzie dokładności rozwiązania w czasie, na podstawie metody objętości skończonych. Zastosowanie modelu przepływów dwufazowych, w kontekście balistyki wewnętrznej, pozwala między innymi na analizę zjawisk falowych zachodzących podczas strzału, co jest niezwykle istotne ze względów bezpieczeństwa, w szczególności dla armat czołgowych. Opracowany algorytm rozwiązywania układów dwufazowych został sprawdzony z wykorzystaniem uznanych problemów testowych dla tego typu modeli. Wyniki pracy zostaną wykorzystane w celu opracowania modelu numerycznego służącego rozwiązaniu problemu głównego balistyki wewnętrznej.