Numerical Simulation of the Interaction of a Shock Wave with a Foam Layer Using a Two-Fluid Approach

P. A. Chuprov; Чупров П. А.; P. S. Utkin; Уткин П. С.; S. V. Fortova; Фортова С. В.; A. D. Kiverin; Киверин А. Д.

doi:10.31857/S0040364423030067

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

Авторы: Чупров П.А.¹^,2, Уткин П.С.¹, Фортова С.В.², Киверин А.Д.¹
Учреждения:
1. Объединенный институт высоких температур РАН
2. Институт автоматизации проектирования РАН
Выпуск: Том 61, № 3 (2023)
Страницы: 443-451
Раздел: Статьи
URL: https://bakhtiniada.ru/0040-3644/article/view/232684
DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364423030067
ID: 232684

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

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.

Список литературы

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.