Численное моделирование взаимодействия ударной волны со слоем пены с использованием двухжидкостного подхода

Чупров П. А.; Уткин П. С.; Фортова С. В.; Киверин А. Д.

doi:10.31857/S0040364423030067

Численное моделирование взаимодействия ударной волны со слоем пены с использованием двухжидкостного подхода

Authors: Чупров П.¹^,2, Уткин П.¹, Фортова С.², Киверин А.¹
Affiliations:
1. Объединенный институт высоких температур РАН
2. Институт автоматизации проектирования РАН
Issue: Vol 61, No 3 (2023)
Pages: 443-451
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/0040-3644/article/view/232684
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423030067
ID: 232684

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Работа посвящена изучению применимости двухжидкостной модели Баера–Нунциато к задаче взаимодействия ударной волны со слоем пены. Сформулирована определяющая система уравнений. Предложен и детально описан вычислительный алгоритм на основе схемы Хартена–Лакса–Ван Лира с разрешением контактного разрыва, включающий стадии релаксации скоростей и давлений фаз. С использованием предложенной вычислительной технологии рассмотрена задача распространения слабого возмущения в двухфазной среде. Получена скорость распространения, близкая к оценке по формуле Вуда. Также рассмотрена задача о взаимодействии ударной волны со слоем пены у непроницаемой стенки. Постановка соответствует натурным экспериментам. Описана нестационарная волновая динамика, реализующаяся в данной задаче в рамках предложенной модели. Получено хорошее качественное и количественное соответствие между результатами расчета и экспериментальными данными.

References

Британ А.Б., Зиновик И.Н., Левин В.А. Разрушение пены ударными волнами // ФГВ. 1992. № 5. С. 108.
Sembian S., Liverts M., Apazidis N. Attenuation of Strong External Blast by Foam Barriers // Phys. Fluids. 2016. V. 28. № 9. 096105.
Kichatov B., Korshunov A., Kiverin A., Son E. Foamed Emulsion – Fuel on the Base of Water-saturated Oils // Fuel. 2017. V. 203. P. 261.
Kichatov B., Korshunov A., Gubernov V., Kiverin A., Yakovenko I. Combustion of Heptane-in-Water Emulsion Foamed with Hydrogen–Oxygen Mixture // Fuel Proc. Technol. 2020. V. 198. 106230.
Kichatov B., Korshunov A., Kiverin A., Medvetskaya N. Combustion of Foamed Emulsion Prepared via Bubbling of Oxygen–Nitrogen Gaseous Mixture through the Oil-in-Water Emulsion // Fuel Proc. Technol. 2019. V. 186. P. 25.
Яковенко И.С., Киверин А.Д. Развитие нестационарных процессов горения во вспененных эмульсиях // ТВТ. 2022. Т. 60. № 6. С. 928.
Суров В.С. Об отражении воздушной ударной волны от слоя пены // ТВТ. 2000. Т. 38. № 1. С. 101.
Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Р. Влияние фазовых переходов на распространение акустических волн в многофракционных газовзвесях с полидисперсными включениями // ТВТ. 2021. Т. 59. № 1. С. 133.
Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В. Акустические волны в жидкости с газовыми включениями, имеющими жидкую прослойку и вязкоупругую оболочку // ТВТ. 2021. Т. 59. № 4. С. 533.
Kiverin A., Yakovenko I., Kichatov B., Korshunov A. Ignition and Non-stationary Combustion of the Foamed Heptane-in-Water Emulsion: Experimental and Numerical Analysis // Fuel. 2022. V. 320. 123824.
Kiverin A., Yakovenko I. Numerical Modeling of Combustion and Detonation in Aqueous Foams // Energies. 2021. V. 14. № 19. 6233.
Poroshyna Y.E., Utkin P.S. Numerical Simulation of a Normally Incident Shock Wave – Dense Particles Layer Interaction Using the Godunov Solver for the Baer–Nunziato Equations // Int. J. Multiphase Flow. 2021. V. 142. 103718.
Baer M.R., Nunziato J.W. A Two-phase Mixture Theory for the Deflagration-to-detonation Transition in Reactive Granular Materials // Int. J. Multiphase Flow. 1986. V. 12. № 6. P. 861.
Saurel R., Abrall R. A Multiphase Godunov Method for Compressible Multifluid and Multiphase Flows // J. Comput. Phys. 1999. V. 150. P. 425.
Уткин П.С., Фортова С.В. Математическое моделирование высокоскоростного взаимодействия металлических пластин в рамках двухжидкостного эйлерова подхода // ЖВМиМФ. 2018. Т. 58. № 8. С. 90.
Chuprov P., Utkin P., Fortova S. Numerical Simulation of a High-Speed Impact of Metal Plates Using a Three-Fluid Model // Metals. 2021. V. 11. № 8. 1233.
Baer M.R. A Numerical Study of Shock Wave Reflections on Low Density Foam // Shock Waves. 1992. V. 2. P. 121.
Warren W.E., Kraynik A.M. The Nonlinear Elastic Behavior of Open-cell Foams // J. Appl. Mech. 1991. V. 58. P. 376.
Toro E.F., Spruce M., Speares W. Restoration of the Contact Surface in the HLL-Riemann Solver // Shock Waves. 1994. V. 4. P. 25.
Чупров П.А., Порошина Я.Э., Уткин П.С. Численное моделирование прохождения ударной волны над плотным слоем частиц в рамках уравнений Баера–Нунциато // Горение и взрыв. 2022. Т. 15. № 2. С. 67.
Уткин П.С. Математическое моделирование взаимодействия ударной волны с плотной засыпкой частиц в рамках двухжидкостного подхода // Хим. физика. 2017. Т. 36. № 11. С. 61.
Wood A. A Textbook of Sound. London: G. Bell, 1941.
Британ А.Б., Зиновик И.Н., Левин В.А., Митичкин С.Ю., Тестов В.Г., Хайбо Ху. Особенности распространения газодинамических возмущений при взаимодействии ударных волн с двухфазными средами пенистой структуры // ЖТФ. 1995. Т. 65. № 7. С. 19.
Кутушев А.Г., Рудаков Д.А. Численное исследование воздействия ударной волны на преграду, экранируемую слоем пористой порошкообразной среды // ПМТФ. 1993. № 5. С. 25.
Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987.