Особенности ударно-волновых процессов в газожидкостных средах

• Автор: Агишева, Ульяна Олеговна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 132 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Современное состояние теоретических и экспериментальных исследований волновой динамики газожидкостных систем
1.1. Анализ характеристик ударных волн в гетерогенных смесях
1.2. Распространение сильных ударных волн в пузырьковой жидкости
1.3. Динамика ударных волн в пенных структурах
1.4. Двумерные ударные волны в газожидкостной среде
Выводы по главе
Глава 2. Параметрический анализ ударно-волнового воздействия на газожидкостные среды
2.1. Соотношения для определения термодинамических параметров фаз смеси
2.2. Моделирование отражения ударной волны от твердой стенки в газожидкостной смеси на основе соотношений Рэнкина - Гюгонио
2.3. Анализ основных характеристик ударных волн
Выводы по главе
Глава 3. Гидродинамика ударных волн в газожидкостной среде
3.1. Модельные уравнения ударно-волнового воздействия на газожидкостную смесь в одномерном приближении
3.2. Сильные ударные волны в пузырьковой жидкости: анализ результатов численного исследования и сопоставление с экспериментальными данными
3.3. Ударные волны в водных пенах с неоднородной плотностью
3.3.1. Моделирование процесса распространения ударной волны в пене и сравнение с экспериментальными данными
3.3.2. Исследование демпфирующих характеристик пенного барьера 86 Выводы по главе

Глава 4. Двумерные осесимметричные задачи динамического нагружения газожидкостной смеси
4.1. Уравнения модели и метод расчета задач ударно-волнового нагружения газожидкостной смеси
4.2. Волновые процессы в двумерных осесимметричных объемах
4.2.1. Особенности распространения сильного ударного импульса в замкнутом цилиндрическом объеме пузырьковой жидкости
4.2.2. Фокусировка ударной волны при обжатии замкнутого цилиндрического сосуда волновым импульсом по всей границе
4.2.3. Эволюция волнового импульса при взаимодействии с барьером из водной пены
Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Введение
Актуальность темы
Важность изучения динамики ударных волн в газожидкостных средах объясняется широким спектром практических задач: обеспечение пыле- и шумоподавления, пожаро- и взрывобезопасное технологических процессов, предупреждение загрязнений окружающей среды, защита зданий, сооружений, транспортных средств и людей от разрушительной силы ударной волны. Пузырьковые среды способны поглощать, трансформировать и повторно излучать энергию волны сжатия, причем амплитуда возникшего локального импульса может превышать амплитуду первоначального возмущения, что приводит к кумулятивному сжатию и, как следствие, значительному росту давления и температуры внутри пузырьков.
Эффективность пузырьковых жидкостей и водных пен в качестве защитных барьеров, локализующих действие взрыва, объясняется их высокой сжимаемостью, следствием которой является существенное уменьшение скорости распространения акустических и ударных волн в газожидкостных смесях.
Существующие теоретические исследования этого направления в основном ограничиваются учетом сжимаемости газо- пароводяной смеси только за счет газовой фазы или в предположении слабой (линейной) сжимаемости жидкости. В реальных физических процессах проявление сжимаемости жидкости сопровождается действием менее заметных, но значимых эффектов, например, вязкостью, теплопроводностью и др. В быстропротекающих высокоинтенсивных процессах свойство сжимаемости жидкости зачастую оказывается определяющим.
Таким образом, моделирование динамических процессов в газожидкостных системах при расчете сильных ударных волн с учетом сжимаемости жидкой фазы является актуальной задачей и позволяет прогнозировать, предупреждать и локализовать взрывоопасные ситуации, возникающие в процессе ударного воздействия на исследуемые объекты.

Глава 2. Параметрический анализ ударно-волнового воздействия на газожидкостные среды
Газожидкостные системы (паровые и газовые пузырьковые структуры с несущей жидкой фазой) интенсивно применяются в различных технологических процессах: в энергетике, химической, нефтяной и газовой промышленности. Перспективы развития новых технологий по реализации сверхвысоких сжатий обеспечивают повышенный интерес к исследованию механики пузырьковых сред при ударно-волновом воздействии.
Численное моделирование динамики многокомпонентной смеси является сложной задачей вследствие невозможности учета влияния всех факторов на ход физического процесса за фронтом ударной волны. Анализ основных характеристик ударных волн на основе соотношений на скачке широко применяется различными авторами для исследования ударно-волновых процессов в разнообразных однофазных и многофазных средах.
В настоящей диссертации проводится параметрический анализ различных режимов ударного воздействия на газожидкостные среды, скорости ударного фронта и степени усиления давления при отражении ударной волны от жесткой стенки в зависимости от объемного газосодержания и амплитуды давления в ударной волне,. Предполагается справедливой односкоростная двухтемпературная с общим давлением модель пузырьковой жидкости в условиях отсутствия фазовых переходов, основанная на законах сохранения массы, импульса и энергии, связывающих параметры пузырьковой среды по обе стороны ударного разрыва - соотношениях Рэнкина — Гюгонио, а при описании изоэнтропических процессов — на законе сохранения энтропии [62] (Я. Б. Зельдович, Ю. П. Райзер, 1966). Показана важность учета нелинейной сжимаемости жидкой фазы при исследовании процессов распространения и отражения от жесткой стенки сильных ударных волн в пузырьковой жидкости на базе экспериментов А. И. Сычева (2010) [115] (см. описание эксперимента в главе 1 настоящей диссертации). В предлагаемой модели в качестве уравнения состояния жидкой фазы используется широкодиапазонное