Численное моделирование роста и схлопывания пузырьков в сжимаемой жидкости

• Автор: Закиров, Камиль Рависович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1. КРАТКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Открытие явления гидродинамической кавитации

1.2. О кавитационном шуме, потерях энергии пузырьком и одной из задач настоящей работы

1.3. Об открытии явления сонолюминссценции и о гипотезах, объясняющих е механизмы.

1.4. Подводные взрывы и лазерная кавитация

1.5. Явления кумуляции энергии и е ограничители

1.6. Об исследованиях динамики несферических пузырьков

Глава 2. ЧИСЛЕННАЯ СХЕМА, ПОСТРОЕНИЕ, ТЕСТИРОВАНИЕ

2.1. Схема расчта осесимметричных задач в сферических координатах

2.2. Расчт пболынихпвеличин на границах ячеек
2.3. Вычисление шага по времени.
2.4. Тестовый расчет обтекания сферы
2.5. Тестовый расчет дифракции ударных волн на сфере .
2.6. Тестовый расчет взрыв сферического заряда, автомодельное решение Седова для расходящейся ударной волны
Глава 3. ДИНАМИКА НЕСФЕРИЧЕСКОГО ПУЗЫРЬКА
3.1. Осесимметричная модель для изэнтропического течения сжимаемой жидкости.
3.2. Тестирование метода расчта поверхностного натяжения
3.3. Взрыв в жидкости заряда, имеющего форму эллипсоида вращения
3.4. Схлопывание несферического пузырька
Глава 4. РОСТ И СХЛОПЫВАНИЕ СФЕРИЧЕСКОГО ПУЗЫРЬКА
4.1. Сфсричсскисиммстричная модель для сжимаемой жидкости .
4.2. Сферичсскисимметричная модель для несжимаемой жидкости
4.3. Формирование возмущения давления в окрестности пузырька
при его свободном схлопывании, автомодельное решение Хантера
4.4. Особенность сферической волны, расходящейся от коллапсирующсго пузырька
4.5. Сферический взрыв в жидкости с образованием полости
Заключение
Введение
Актуальность


Результаты диссертации опубликованы в работах. Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации составляет 5 страниц, в том числе рисунков. Список литературы состоит из наименований. Открытие явления кавитации связано с развитием судостроения. В конце -го века всё большее увеличение скорости морских сообщений натолкнулось на ограничение естественного происхождения. В году на морских испытаниях английский эскадренный миноносец НМБ "Отважный не смог достичь расчетной скорости. При выяснении причин обнаружилось, что на высоких оборотах вокруг гребных винтов образуются каверны, которые ограничивают их упор [1). Именно в это время для обозначения данного явления появилось новое слово кавитация -"образование в жидкости пузырьков, заполненных газом, паром или их смесью в результате местного уменьшения давления ниже критического значения". Таким образом кавитация, возникающая вокруг лопастей, ограничивает упор гребных винтов, а следовательно, и скорость судов. Но интерес для теоретических изысканий вызвало другое проявление кавитации также отрицательное для судостроения, а именно кавитационная эрозия. Пузырьки образованные в результате местного уменьшения давления, попадая в область с высоким давлением, схлопываются, порождая ударные нагрузки. Схлопыванне каверн близ твердых стенок вызывает повреждения, вырывая металл с их поверхности, и это является причиной быстрого износа гребных винтов, работающих в условиях кавитации. Представлялось удивительным, то что мелкие пузырьки, наполненные паром, могут вызывать такие серьезные повреждения. Неправдоподобность этого эффекта стимулировала исследования учёных. В частности, этой проблемой интересовался сэр Чарлз Парсонс — английский инженер и промышленник, изобретатель паровой турбины. В то время из курса гидродинамики Бсзанта была известна абсолютно абстрактная задача о заполнении жидкостью сферической каверны [2], которая неизвестным образом внутри нее образовалась. Первое издание этого курса было опубликовано в году, то есть до испытаний эсминца "Отважный"и следовательно эта задача с кавитацией не связывалась. Парсонса исследователь С. Кук рассмотрел задачу Безаита применительно к кавитации и рассчитал давление, возникающее, когда коллапс внезапно наталкивается на абсолютно жесткое препятствие в виде сферы с радиусом - /? Надо отмстить, что схлопыванис несферических пузырьков происходит именно по этому сценарию. Начальная нссфсричность полости в процессе схлопывания увеличивается. При этом движение жидкости на некотором удалении от стенок пузырька продолжает оставаться сходящимся в одну точку — центр симметрии, в то время как в окрестности стенок пузырька движение перестаёт быть сфсрически-симметричным и центр симметрии оказывается заполненным жидкостью. В результате возникает препятствие, на которое наталкивается коллапс, окружающей жидкости. Кук вычислил, что если радиус жесткой сферы /? Применительно к нссфсричсским пузырькам можно сказать, что приблизительно такое давление разовьётся, когда пузырёк, схлопнувшись примерно в двадцать раз полностью потеряет свою сферическую форму. Эти расчеты подтверждают, что мелкие и даже не совсем сферические пузырьки пара могут обладать коллосальной разрушительной силой. Лорд Рэлей, работа которого [3) является наиболее цитируемой в данной области, заинтересовался проблемой схлопывания пузырьков после того, как ознакомился с гипотезой Осборна Рейнольдса об источнике шума, издаваемого закипающим чайником. Согласно Рейнольдсу перед закипанием чайника паровые пузырьки, поднимающиеся через непрогретый верхний слой воды, остывая, схлопываются. Охлопывание сопровождается излучением акустических волн, которые и создают характерный шум. Испускание пузырьком акустического излучения является эффектом сжимаемости окружающей его жидкости. Сжимаемость жидкости мало влияет на динамику пузырька во время схлопывания, но начинает играть значительную роль в образовании ударных волн на стадии отскока.