Молекулярная динамика кремниевых кислот в водном растворе: качественная и количественная характеристика олигомеров

А.А. Аганин, М.А. Ильгамов, И.Н. Мустафин

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

Полный текст PDF
DOI: 10.26907/2541-7746.2020.1.27-37

Для цитирования : Аганин А.А., Ильгамов М.А., Мустафин И.Н. Ударная кавитация жидкости в цилиндрической емкости // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2020. – Т. 162, кн. 1. – С. 27–37. – doi: 10.26907/2541-7746.2020.1.27-37.

For citation : Aganin A.A., Ilgamov M.A., Mustafin I.N. Impact-induced cavitation in a cylindrical container with liquid. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2020, vol. 162, no. 1, pp. 27–37. doi: 10.26907/2541-7746.2020.1.27-37. (In Russian)

Аннотация

Рассматривается динамика жидкости в цилиндрической емкости и импульсное воздействие на ее днище при ударе по ее верхнему концу. Изучается случай, когда при ударе в столбе жидкости возле днища возникает кавитация. Исследование проводится в условиях известных экспериментов по разрушению бутылки в результате удара по ее верхнему концу. Применяются одномерные модели гидродинамики, линейной акустики и несжимаемой жидкости. Уравнения гидродинамики рассчитываются классическим методом С.К. Годунова. Изменение ускорения днища описывается кусочно-постоянной функцией, а кавитация моделируется одиночной кавитационной полостью в виде цилиндрического слоя между днищем и столбом жидкости. Кавитация возникает при падении давления жидкости ниже давления насыщенного пара. Показывается, что разрушение бутылки в экспериментах происходит вследствие гидроудара, вызванного коллапсом кавитационной полости, которая схлопывается в результате смещения столба жидкости. Влияние волн в столбе жидкости на его удар по днищу незначительно. При уменьшении давления на внешней поверхности жидкости от атмосферного ударное воздействие на днище убывает. Устанавливается также оптимальная высота столба жидкости для достижения больших давлений на днище.

Ключевые слова: цилиндрическая емкость, удар по днищу, кавитация, кавитационная полость, схлопывание полости, уравнения газовой динамики, метод Годунова

Литература

1. Коул Р.Х. Подводные взрывы. – М.: Изд-во иностр. лит., 1950. – 488 с.
2. Перник А.Д. Проблемы кавитации. – Л.: Судостроение, 1966. – 439 с.
3. Замышляев Б.В., Яковлев Ю.С. Динамические нагрузки при подводном взрыве. – Л.: Судостроение, 1967. – 388 с.
4. Кедринский В.К. Гидродинамика взрыва: эксперимент и модели. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. – 435 с.
5. Ганиев Р.Ф., Лапчинский Г.Ф. Проблемы механики в космической технологии. – М.: Машиностроение, 1979. – 250 с.
6. Павлов А.А., Ильгамов М.А. Исследование ударной волны в жидкости // Труды семинара по теории оболочек. – Казань: Казан. физ.-техн. ин-т АН СССР, 1974. – Вып. IV. – С. 181–195.
7. Павлов А.А., Галиев Ш.У. Экспериментальное исследование кавитационного взаимодействия волны давления в жидкости с пластиной // Проблемы прочности. – 1977. – № 8. – С. 84–88.
8. Галиев Ш.У. Динамика гидроупругопластических систем. – Киев: Наукова думка, 1981. – 276 с.
9. Аганин А.А., Ильгамов М.А., Косолапова Л.А., Малахов В.Г. Динамика кавитационного пузырька вблизи твердой стенки // Теплофизика и аэромеханика. – 2016. – Т. 23, № 2. – С. 219–228.
10. Aganin A.A., Guseva T.S., Kosolapova L.A., Khismatullina N.A. The calculation of weakly nonspherical cavitation bubble impact on a solid // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. – 2016. – V. 158. – Art. 012003, P. 1–6. – doi: 10.1088/1757-899X/158/1/012003.
11. Аганин А.А., Гусева Т.С., Косолапова Л.А. Воздействие кавитационного пузырька на стенку // Изв. вузов. Авиац. техн. – 2017. – № 3. – С. 67–72.
12. Daily D.J., Langley K.R., Thomson S.L., Truscott T.T. Catastrophic cracking courtesy of quiescent cavitation. – 2013. – arXiv:1210.3764v2.
13. Daily D.J. Fluid-structure interactions with flexible and rigid bodies: Ph.D Thesis. – Provo, Utah, USA: Brigham Young Univ., 2013. – 155 p. – URL: https://scholarsarchive.byu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=4790&context=etd.
14. Daily J., Pendlebury J., Langley K., Hurd R., Thomson S., Truscott T. Catastrophic cracking courtesy of quiescent cavitation // Phys. Fluids. – 2014. – V. 26, No 9. – Art. 091107, P. 1–2. – doi: 10.1063/1.4894073.
15. Bergant A., Simpson A.R., Tijsseling A.S. Water hammer with column separation: A historical review // J. Fluids Struct. – 2006. – V. 22, No 2. – P. 135–171. – doi: 10.1016/j.jfluidstructs.2005.08.008.
16. Ганиев Р.Ф., Ильгамов М.А. Кавитация столба жидкости при движении ее нижней границы // Докл. РАН. – 2018. – T. 482, № 1. – С. 28–32. – doi: 10.31857/S086956520003129-4.
17. Ганиев Р.Ф., Ильгамов М.А. Динамика кавитационной полости и кавитационное разрушение // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2019. – Т. 48, № 1. – С. 3–14. – doi: 10.1134/S0235711919010085.
18. Harlow F.H., Amsden A.A. Fluid dynamics. Monograph LA-4700. – Los Alamos, N. M.: Los Alamos National Laboratory, 1971. – 122 p.
19. Годунов С.К., Забродин А.В., Иванов М.Я., Крайко А.Н., Прокопов Г.П. Численное решение многомерных задач газовой динамики. – М.: Наука, 1976. – 400 с.

Поступила в редакцию 03.07.2019

Аганин Александр Алексеевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий лабораторией

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: aganin@kfti.knc.ru

Ильгамов Марат Аксанович, доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, главный научный сотрудник

Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН ул. Лобачевского, д. 2/31, г. Казань, 420111, Россия

E-mail: ilgamov@anrb.ru

Мустафин Ильдар Наилевич, аспирант, младший инженер-исследователь Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН

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

E-mail: Ildarmn@mail.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.