Исследование влияния локальных неоднородностей на дифракцию волн при энерговкладе

Авторы

Сназин А. А.^*, Шевченко В. И.

Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург, Россия

*e-mail: alexandersnzn@mail.ru

Аннотация

Исследована дифракция волны сжатия, возникающей при локальном импульсном энергоподводе в канале с открытым выходом, в присутствии периодических геометрических препятствий. Актуальность задачи определяется тем, что геометрия внутренних элементов способна влиять на перераспределение давления и характер отражённых течений, а значит, влиять на режимы нестационарного газодинамического взаимодействия в каналах. Цель работы состояла в выявлении того, как различные типы периодических препятствий изменяют динамику фронта, локальные зоны сжатия и разрежения, а также распределение давления. Для этого использовано численное моделирование в двумерной нестационарной постановке для вязкого сжимаемого газа на основе уравнений Навье—Стокса с LES-замыканием. Постановка задачи была ориентирована на сопоставление конфигураций при одинаковых начальных и граничных условиях, что позволило выделить вклад именно геометрического фактора. Рассмотрены три конфигурации: гладкий канал, канал со ступенчатым расширением и канал с последовательными сужениями и расширениями. Показано, что введение препятствий качественно меняет картину течения: ступенчатое расширение вызывает выраженную область подпора перед препятствием, тогда как серия сужений и расширений усиливает множественные переотражения, и снижает локальные пиковые значения давления при более широком пространственном перераспределении энергии. Таким образом установлено, что изменение формы препятствий приводит не только к локальной деформации фронта, но и к перестройке общего режима распространения волны в канале. Полученные результаты показывают, что геометрия препятствий выступает управляющим фактором волновой динамики в канале.

Ключевые слова:

дифракция; волны сжатия; энерговклад

Список источников

1. Я.Б.Зельдович Теория ударных волн и введение в газовую динамику / Отв. Ред. Н.Н.Семенов. Изд. 2-е.–М.:ЛЕНАНД, 2014.–192с.

2. Федоров, А. В. Распространение ударных и детонационных волн в каналах различной геометрии в газовзвесях / А. В. Федоров, Ю. В. Кратова, Т. А. Хмель, В. М. Фомин // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2008. – Т. 7. – С. 5. – EDN LALGQZ.

3. Федоров, А. В. Распространение ячеистой гетерогенной детонации в условиях изменяющейся геометрии / А. В. Федоров, Т. А. Хмель, Ю. В. Кратова // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. – 2012. – Т. 13. – № 4. – С. 11. – EDN SCZTGT.

4. Булат, П. В. Численное моделирование дифракции ударной волны на прямом угле на неструктурированных сетках / П. В. Булат, К. Н. Волков // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2016. – Т. 16. – № 2. – С. 354-362. – DOI 10.17586/2226-1494-2016-16-2-354-362. – EDN VSDNYP.

5. Kratova, Yu. Numerical simulation of heterogeneous detonations in plane and rectangular channels on hybrid CPU/GPU systems / Yu. Kratova, A. Kashkovsky, A. Shershnev // AIP Conference Proceedings : Proceedings of the XXVII Conference on High-Energy Processes in Condensed Matter, dedicated to the 90th anniversary of the birth of RI Soloukhin, Novosibirsk, 29 июня – 03  2020 года. Vol. 2288. – Novosibirsk: AIP Publishing LLC, 2020. – P. 030016. – DOI 10.1063/5.0028360. – EDN BCKVOP.

6. Ohtomo, F. & Ohtani, Kiyonobu & Takayama, Kazuyoshi. (2005). Attenuation of shock waves propagating over arrayed baffle plates. Shock Waves. 14. 379-390. 10.1007/s00193-005-0282-5.

7. Wan, Qian & Eliasson, Veronica. (2015). Numerical Study of Shock Wave Attenuation in Two-Dimensional Ducts Using Solid Obstacles: How to Utilize Shock Focusing Techniques to Attenuate Shock Waves. Aerospace. 2. 10.3390/aerospace2020203.

8. Rajagopal, Arun & Pathak, Vaibhav. (2020). Shock wave mitigation using zig-zag structures and cylindrical obstructions. Defence Technology. 17. 10.1016/j.dt.2020.10.001.

9. Le, H. & Wu, J. & Gao, X. & Shi, W. & Song, J.. (2016). Influence of size effect on shearing strength of zig-zag structure plane. 35. 745-750. 10.11956/j.issn.1008-0562.2016.07.015.

10. Булат М. П. Численное моделирование регулярного и маховского отражения ударной волны от стенки / М. П. Булат, И. А. Волобуев, К. Н. Волков, В. А. Пронин // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2017. – Т. 17. – № 5. – С. 920-928. – DOI 10.17586/2226-1494-2017-17-5-920-928. – EDN ZQQFON.

11. Menter F.R., Galpin P.F., Esch T., Kuntz M., Berner C. CFD Simulations of Aerodynamic Folws with a Pressure-Based Method // Paper ICAS 2004–2.4.1, Japan, Yokohoma, 2004. – 11 p.

Скачать статью