Численное исследование взаимодействия взрывной волны со слоем жидкостной пены с учётом эффекта компактирования

Численное исследование взаимодействия взрывной волны со слоем жидкостной пены с учётом эффекта компактирования

Чупров П. А., Фортова С. В., Уткин П. С.
Сибирский журнал индустриальной математики, 26, 2(94), 204-214 (2023)
Скачать статью

УДК 519.63 
DOI: 10.33048/SIBJIM.2023.26.216

Аннотация:

С помощью системы уравнений Баера — Нунциато проведено численное исследование взаимодействия взрывной волны с жидкостной пеной. Данная задача имеет своей целью исследование влияния механизма компактирования на волновую картину переотражения. Разработан вычислительный алгоритм, основанный на методе HLL. Сравнение результатов с вычислительными экспериментами других авторов показывает, что учёт механизма компактирования приводит к получению более качественных результатов.

Литература:
  1. Igra O., Falcovitz J., Jourdan G. Review of methods to attenuate shock/blast waves // Prog. Aerosp. Sci. 2013. V. 58, P. 1–35.
     
  2. Kichatov B., Korshunov A., Kiverin A., Son E. Foamed emulsion – Fuel on the base of water-saturated oils // Fuel. 2017. V. 203. P. 261–268.
     
  3. Sembian S., Liverts M., Apazidis N. Attenuation of strong external blast by foam barriers // Phys. Fluids. 2016. V. 28, N 9. Article 096105; DOI: 10.1063/1.4963243
     
  4. Prasanna Kumar S.S. Ramamurthi K., Patnaik B.S. Numerical study of a foam-shock trap based blast mitigation strategy // Phys. Fluids. 2018. V. 30, N 8. Article 086102; DOI: 10.1063/1.5043177
     
  5. Baer M.R, Nunziato J.W. A two-phase mixture theory for the deflagration-to-detonation transition in reactive granular materials // Internat. J. Multiphase Flow. 1986. V. 12, N 6. P. 861–889.
     
  6. Чупров П.А., Порошина Я.Э., Уткин П.С. Численное исследование дефлаграции пороха в рамках модели Баера — Нунциато // Горение и взрыв. 2020. Т. 13, № 3. С. 91–106.
     
  7. 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, N 8. Article 1233.
     
  8. Уткин П.С. Математическое моделирование взаимодействия ударной волны с плотной засыпкой частиц в рамках двухжидкостного подхода // Хим. физика. 2017. Т. 36, № 11. С. 61–71.
     
  9. Baer M.R. A numerical study of shock wave reflection on low density foam // Shock Waves. 1992. V. 2. P. 121–124.
     
  10. Saurel R., Favrie N., Petitpas F., Lallemand M.-H., Gavrilyuk S.L. Modelling dynamic and irreversible powder compaction // J. Fluid Mech. 2010. V. 664. P. 348–396.
     
  11. 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 // Internat. J. Multiphase Flow. 2021. V. 142. Article 103718.
     
  12. Saurel R., Abrall R. A multiphase Godunov method for compressible multifluid and multiphase flows // J. Comput. Phys. 1999. V. 150, N 2. P. 425–467.
     
  13. Warren W.E., Kraynik A.M. The nonlinear elastic behavior of open-cell foams // J. Appl. Mech. 1991. V. 58, N 2. P. 376.
     
  14. Rogue et al. Experimental and numerical investigation of the shock-induced fluidization of a particles bed // Shock Waves. 1998. V. 8, N 2. P. 29–45.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (проект AAAA-A19-119041590048-0).

П. А. Чупров
  1. Институт автоматизации проектирования РАН, 
    ул. 2-я Брестская, 19/18, г. Москва 123056, Россия

E-mail: petchu@mail.ru

С. В. Фортова
  1. Институт автоматизации проектирования РАН, 
    ул. 2-я Брестская, 19/18, г. Москва 123056, Россия

E-mail: sfortova@mail.ru

П. С. Уткин
  1. Харбинский технологический институт, 
    ул. Западная Дажи, 92, г. Харбин 150001, Китай

Статья поступила 12.08.2022 г
После доработки — 12.08.2022 г.
Принята к публикации 29.09.2022 г.

Abstract:

Using the system of Bayer—Nunziato equations, a numerical study of the interaction of an explosive wave with liquid foam was carried out. This problem is aimed at studying the influence of the compaction mechanism on the wave pattern of re-reflection. A computational algorithm based on the HLL method has been developed. Comparison of the results with computational experiments of other authors shows that taking into account the compaction mechanism leads to better results.

References:
  1. Igra O., Falcovitz J., Jourdan G. Review of methods to attenuate shock/blast waves. Prog. Aerosp. Sci., 2013, Vol. 58, pp. 1–35.
     
  2. Kichatov B., Korshunov A., Kiverin A., Son E. Foamed emulsion – Fuel on the base of water-saturated oils. Fuel, 2017, Vol. 203, pp. 261–268.
     
  3. Sembian S., Liverts M., Apazidis N. Attenuation of strong external blast by foam barriers. Phys. Fluids, 2016, Vol. 28, No. 9, article 096105; DOI: 10.1063/1.4963243
     
  4. Prasanna Kumar S.S. Ramamurthi K., Patnaik B.S. Numerical study of a foam-shock trap based blast mitigation strategy. Phys. Fluids, 2018, Vol. 30, No. 8, article 086102; DOI: 10.1063/1.5043177
     
  5. Baer M.R, Nunziato J.W. A two-phase mixture theory for the deflagration-to-detonation transition in reactive granular materials. Internat. J. Multiphase Flow, 1986, Vol. 12, No. 6, pp. 861–889.
     
  6. Chuprov P.A., Poroshina Ya.E., Utkin P.S. Chislennoe issledovanie deflagratsii porokha v ramkakh modeli Baera—Nuntsiato [Numerical study of gunpowder deflagration in the framework of the model Baer—Nunziato]. Gorenie i Vzryv, 2020, Vol. 13, No. 3, pp. 91–106 (in Russian).
     
  7. Chuprov P., Utkin P., Fortova S. Numerical simulation of a high-speed impact of metal plates using a three-fluid model. Metals, 2021, Vol. 11, No. 8, article 1233.
     
  8. Utkin P.S. Matematicheskoe modelirovanie vzaimodeistviya udarnoi volny s plotnoi zasypkoi chastits v ramkakh dvukhzhidkostnogo podkhoda [Mathematical modeling of the interaction of a shock wave with a dense backfill of particles in the framework of a two-fluid approach]. Khim. Fiz., 2017, Vol. 36, No. 11, pp. 61–71 (in Russian).
     
  9. Baer M.R. A numerical study of shock wave reflection on low density foam. Shock Waves, 1992, Vol. 2, pp. 121–124.
     
  10. Saurel R., Favrie N., Petitpas F., Lallemand M.-H., Gavrilyuk S.L. Modelling dynamic and irreversible powder compaction. J. Fluid Mech., 2010, Vol. 664, pp. 348–396.
     
  11. 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. Internat. J. Multiphase Flow, 2021, Vol. 142, article 103718.
     
  12. Saurel R., Abrall R. A multiphase Godunov method for compressible multifluid and multiphase flows. J. Comput. Phys., 1999, Vol. 150, No. 2, pp. 425–467.
     
  13. Warren W.E., Kraynik A.M. The nonlinear elastic behavior of open-cell foams. J. Appl. Mech., 1991, Vol. 58, No. 2, pp. 376.
     
  14. Rogue et al. Experimental and numerical investigation of the shock-induced fluidization of a particles bed. Shock Waves, 1998, Vol. 8, No. 2, pp. 29–45.