Ударное воздействие струи жидкости на смоченную стенку

Т.С. Гусева

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН, г. Казань, 420111, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2541-7746.2021.2.117-127

Для цитирования: Гусева Т.С. Ударное воздействие струи жидкости на смоченную стенку // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2021. – Т. 163, кн. 2. – С. 117–127. – doi: 10.26907/2541-7746.2021.2.117-127.

For citation: Guseva T.S. Impact of a liquid jet on a wetted wall. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2021, vol. 163, no. 2, pp. 117–127. doi: 10.26907/2541-7746.2021.2.117-127. (In Russian)

Аннотация

Приведены результаты численного исследования высокоскоростного удара струи жидкости по неподвижной жесткой стенке, покрытой слоем идентичной жидкости, в зависимости от скорости удара и толщины слоя. Численное моделирование осуществлялось с применением метода CIP-CUP на динамически адаптивной сетке без явного выделения межфазной границы. Выполнено сравнение случаев слоя с очень малой и сравнительно большой толщиной. Более подробно рассмотрено влияние скорости струи на распределение нагрузки на стенке, а также на изменение максимального и осредненного давлений на стенке в процессе удара в зависимости от толщины слоя.

Ключевые слова: удар струи, слой жидкости на стенке, нагрузка на стенке, метод CIP-CUP

Благодарности. Автор выражает благодарность профессору А.А. Аганину за полезные обсуждения.

Литература

1. Heymann F.J. Erosion by liquids // Mach. Des. – 1970. – V. 10. – P. 118–124.
2. Xiong J., Koshizuka S., Sakai M. Numerical analysis of droplet impingement using the moving particle semi-implicit method // J. Nucl. Sci. Technol. – 2010. – V. 47, No 3. – P. 314–321. – doi: 10.1080/18811248.2010.9711960.
3. Xiong J., Koshizuka S., Sakai M. Investigation of droplet impingement onto wet walls based on simulation using particle method // J. Nucl. Sci. Technol. – 2011. – V. 48, No 1. – P. 145–153. – doi: 10.1080/18811248.2011.9711689.
4. Kornfeld M., Suvorov L. On the destructive action of cavitation // J. Appl. Phys. – 1944. – V. 15. – P. 495–506. doi: 10.1063/1.1707461.
5. Johnsen E., Colonius T. Numerical simulations of non-spherical bubble collapse // J. Fluid Mech. – 2009. – V. 629. – P. 231–262. – doi: 10.1017/S0022112009006351.
6. Hsiao C.T., Jayaprakash A., Kapahi A., Choi J.K., Chahine G.L. Modelling of material pitting from cavitation bubble collapse // J. Fluid Mech. – 2014. – V. 755. – P. 142–175. – doi: 10.1017/jfm.2014.394.
7. Heymann F.J. High-speed impact between a liquid drop and a solid surface // J. Appl. Phys. – 1969. – V. 40, No 13. – P. 5113–5122. – doi: 10.1063/1.1657361.
8. Lesser M.B., Field J.E. The impact of compressible liquids // Annu. Rev. Fluid Mech.– 1983. – V. 15. – P. 97–122. – doi: 10.1146/annurev.fl.15.010183.000525.
9. Haller K.K., Ventikos Y., Poulikakos D., Monkewitz P. Computational study of high-speed liquid droplet impact // J. Appl. Phys. – 2002. – V. 92, No 5. – P. 2821–2828. – doi: 10.1063/1.1495533.
10. Guseva T.S., Malakhov V.G. Effect of liquid compressibility at a jet impact on a wall // Lobachevskii J. Math. – 2019. – V. 40, No 6. – P. 757–762. – doi: 10.1134/S199508021906012X.
11. Aganin A.A, Il’gamov M.A., Guseva T.S. Influence of the shape of the jet head on its impact on a wetted wall // J. Appl. Mech. Tech. Phys. – 2019. – V. 60, No 4. – P. 644–649. – doi: 10.1134/S0021894419040072.
12. Aganin A.A., Guseva T.S. Liquid jet impact on a wet wall // Eur. J. Mech. – B/Fluids. – 2020. – V. 79. – P. 141–150. – doi: 10.1016/j.euromechflu.2019.09.001.
13. Guseva T.S. Influence of a thin liquid layer on the impact of a jet upon a wall // J. Mach. Manuf. Reliab. – 2019. – V. 48, No 4. – P. 314–319. – doi: 10.3103/S1052618819040083.
14. Yabe T., Xiao F., Utsumi T. The constrained interpolation profile method for multiphase analysis // J. Comput. Phys. – 2001. – V. 169, No 2. – P. 556–593. – doi: 10.1006/jcph.2000.6625.
15. Takizawa K., Yabe T., Tsugawa Y., Tezduyar T.E., Mizoe H. Computation of free-surface flows and fluid-object interactions with the CIP method based on adaptive meshless Soroban grids // Comput. Mech. – 2007. – V. 40. – P. 167–183. – doi: 10.1007/s00466-006-0093-2.
16. Yabe T., Wang P.Y. Unified numerical procedure for compressible and incompressible fluid // J. Phys. Soc. Jpn. – 1991. – V. 60, No 7. – P. 2105–2108. – doi: 10.1143/JPSJ.60.2105.
17. Ogata Y., Yabe T. Shock capturing with improved numerical viscosity in primitive Euler representation // Comput. Phys. Commun. – 1999. – V. 119, No 2–3. – P. 179–193. – doi: 10.1016/S0010-4655(99)00188-5.
18. Aganin A.A., Guseva T.S. Numerical simulation of impact of a jet on a wall // Math. Models Comput. Simul. – 2017. – V. 9, No 5. – P. 623–635. – doi: 10.1134/S2070048217050027.
19. Aganin A., Guseva T. Numerical simulation of liquid mass collision with a wall // Progress in Computational Fluid Dynamics. – 2019. – V. 19, No 5. – P. 293–306. – doi: 10.1504/PCFD.2019.102058.
20. Чижов А.В., Шмидт А.А. Высокоскоростной удар капли о преграду // Журн. техн. физики. – 2000. – Т. 170, Вып. 12. – С. 18–27.
21. Ando K., Liu A.-Q., Ohl C.-D. Homogeneous nucleation in water in microfluidic channels // Phys. Rev. Lett. – 2012. – V. 109, No 4. – Art. 044501, P. 1–5. – doi: 10.1103/PhysRevLett.109.044501.

Поступила в редакцию

08.10.2020

Гусева Татьяна Сергеевна, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН

ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: guseva_ts@imm.knc.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.