Численное моделирование взрывного разлета сферического объема жидкости
Авторы: Меньшаков С.С., Таран В.А.
Опубликовано в выпуске: #10(178)/2026
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Разработан метод численного моделирования процесса формирования аэродисперсной системы из сферического объема жидкости, находящегося в воздухе, при взрыве внутреннего центрального заряда конденсированного взрывчатого вещества. Подобные процессы возникают, например, при функционировании авиационных средств пожаротушения или бомб с объемно-детонирующим действием типа FAE.В качестве основы при разработке метода была выбрана односкоростная изобарическая модель двухфазной среды, состоящей из газовой и жидкой фаз, с соответствующими уравнениями состояния идеального и «сжатого» газов. Поскольку в жидкости могут появляться отрицательные давления, а значит, возникать области кавитации, для расчета таких областей была принята простая модель кавитации, в которой кавитация (разрушение жидкости) наступает при уменьшении давления до некоторого минимального значения, при этом далее давление уже не уменьшается, но остается постоянным. Приведен расчет, в котором сферический тротиловый заряд радиусом 0,05 м находился внутри водяной сферы радиусом 0,25 м, а остальной объем расчетной области был занят воздухом, причем детонация заряда задавалась мгновенной. Результаты расчета показали достаточно хорошее качественное и количественное описание процесса взрывного формирования аэродисперсной системы.
EDN REIXSE
Литература
[1] Zhou T., Liu Y., Wu W., Zhou T. Experimental Study and Application of Unmanned Aerial Vehicle Releasing Fire-Extinguishing Bombon Transmission Line Wildfires. Fire 2024, vol. 7, p. 456. https://doi.org/10.3390/fire7120456
[2] Меньшаков С.С., Охитин В.Н. Оценка средней скорости разлета жидкости из тонкой упругой оболочки. Инженерный журнал: наука и инновации, 2024, вып. 5. EDN OWIDOC
[3] Congliang Ye, Qi Zhang. Optimal Falling Track Design for Twice-detonating Fuze of Double-event Fuel-air Explosive with High Speed. Defence Science Journal, July 2020, vol. 70, no. 4, pp. 366–373.
[4] Zhang F., Findlay R., Anderson J., Ripley R. Large Scale Unconfined Gasoline Spray Detonation. 24th ICDERS — July 28-August 2, 2013 — Taipei.
[5] Allaire G., Clerc S., Kokh S. A five-equation model for the simulation of interfaces between compressible fluids. J. Comput. Phys, 2002, vol. 181, pp. 577–616.
[6] Baer M., Nunziato J. A two-phase mixture theory for the deflagration-to-detonation transition (DDT) in reactive granular materials. Int. J. Multiphase Flow, 1986, vol. 12, pp. 861–889.
[7] Saurel R., Petitpas F., Abgrall R. Modelling phase transition in metastable liquids: application to cavitating and flashing flows. J. Fluid Mech., 2008, vol. 607, pp. 313–350.
[8] Kapila A., Menikoff R., Bdzil J., Son S., Stewart D. Two-phase modeling of deflagration-to-detonation transition in granular materials: reduced equations. Phys. Fluids, 2001, vol. 13, pp. 3002–3024.
[9] Francis H.H., Anthony A.A. Fluid dynamics, Technical Report LA-4700. Los Alamos National Laboratory, 1971.
[10] Coralic V., Colonius T. Finite-volume WENO scheme for viscous compressible multicomponent flows. J. Comput. Phys., 201, vol. 4274, pp. 95–121.
[11] Colella P. Multidimensional upwind methods for hyperbolic conservation laws. J. Comput. Phys., 1990, vol. 87, pp. 171–200.
[12] Saltzman J. An unsplit 3D upwind method for hyperbolic conservation laws. J. Comput. Phys., 1994, vol. 115, pp. 153–168.
[13] Toro E.F. Riemann Solvers and Numerical Methods for Fluid Dynamics: A Practical Introduction. 3rd edition. Springer, Dordrecht, New York, 2009.
[14] Saurel R., Petitpas F., Berry R. Simple and e-cient relaxation methods for interfaces separating compressible fluids, cavitating flows and shocks in multiphase mixtures. J. Comput. Phys., 2009, vol. 228 (5), pp. 1678–1712.
[15] Saurel R., Abgrall R. A simple method for compressible multifluid flows, SIAM. J. Sci. Comput, 1999, vol. 21 (3), pp. 115.
[16] Shyue K. A wave-propagation based volume tracking method for compressible multicomponent flow in two space dimensions. J. Comput. Phys., 2006, vol. 215, pp. 219–244.
[17] Мешков Е.Е., Орешков В.О., Федоренко Я.В., Янбаев Г.М. Разрушение водяного снаряда в процессе свободного падения. Одиннадцатая Международная научно-техническая конференция «Оптические методы исследования потоков». Москва, 27–30 июня 2011 г. URL: https://omfi-conf.ru/omfi2011/omfi2011-0114.pdf