HYDRODYNAMICS OF CYLINDRICAL GAS CAVITIES
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
The issues of protection of underwater objects with the help of cylindrical air cavities are studied. The main problem of the hydrodynamics of air cavities is the determination of the hydrodynamic forces arising on the surface of the deformable system and depending on its shape and nature of movement. Therefore, it is necessary to study the motion of the deformable system itself. A deformable cylindrical object of finite length is considered as a physical model of real air protection of the object. The direct problem of hydrodynamics associated with the determination of pressure fields by a given motion of the surface of a deformable system is solved. The obtained result can be used to solve the inverse problem associated with determining the motion of the surface of a deformable cylindrical system according to a given pressure field. For this purpose, the equations of hydrodynamics are supplemented by the equations of motion of the deformable system. It is important in this task to determine the attached fluid masses that characterize the inertial counteraction of the medium to the movement of the boundaries of the deformable system. Moreover, this counter-action corresponds to the shape of the oscillation of the surface of the system. The expression for the coefficients of the attached masses of the liquid during the oscillation of a cylindrical deformable system of finite length is obtained for the first time.
Subject of research: Deformation of a cylindrical gas cavity under the influence of an underwater explosion shock wave.
Materials and methods. The problem of deformation of a cylindrical gas cavity is considered for the first time. The solution of the problem of hydrodynamics is performed by analytical methods. Exact dependences have been obtained for predicting pressure fields in the environment when gas cavities fluctuate.
Results. The direct problem of hydrodynamics related to the determination of pressure fields by a given motion of the surface of a deformable system has been solved. The obtained result can be used to solve the inverse problem related to determining the movement of the surface of a deformable cylindrical system according to a given pressure field.
Conclusions. A case of great practical importance has been studied in which the boundary of the cavity retains a cylindrical shape during its movement. The equations of motion of the boundaries are derived in a non-linear form.
Key words: cylindrical air cavities, attached masses of liquid, inertial counteraction of the medium to the movement of the boundaries of the deformable system.
Article Details
References
Коул Р. Подводные взрывы. М.: Иностранная литература, 1950. – 495 с.
Коробейников В.П., Христофоров Б.Д. Подводный взрыв // Итоги науки и техники. Сер. Гидромеханика. 1976. Т. 9. С. 54–119.
Фортов В.Е. Мощные ударные волны и экстремальное состояние вещества // УФН. 2007. Т. 177. № 4.С. 347–368.
Сидняев Н.И. Теоретические исследования гидродинамики при подводном взрыве точечного источника // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. Вып. 2. С. 1–21. http://engjournal.ru/catalog/appmath/hidden/614.html.
Igolkin Sergey I., Melker Alexander I. Structure of shock waves arising in underwater explosion // Materials Physics and Mechanics. 2014. Vol. 20. Pр. 142-147.
Igolkin Sergey I., Melker Alexander I. Molecular hydrodynamics of deep-water explosions // Materials Physics and Mechanics. 2014. Vol. 20. Pр. 159-174.
Сидняев Н.И., Шипилова О.А. Воздействие подводного взрыва на гидродинамику и характер распространения возмущений // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. Вып. 11. 9 с. http://dx.doi.org/10.18698/2308-6033-2017-11-1705.
Шарфарец Б.П. О динамике ударных волн в жидкости. Обзор // Научное приборостроение. 2016. Том 26. № 4. C. 43–54.
Федоров А.В., Федорова Н.Н., Фомин П.А., Вальгер С.А. Распространение взрывных процессов в неоднородных средах. Новосибирск: Параллель, 2016. 258 c.
Кобылкин И.Ф., Селиванов В.В., Соловьев В.С., Сысоев Н.Н. Ударные и детонационные волны. Методы исследования. М.: Физматлит, 2004. 376 с.
Кедринский В.К. Гидродинамика взрыва. Эксперимент и модели. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2000. 435 с.
Физика взрыва. Т. 1 / Под ред. Л.П. Орленко. М.: Наука, 2004. 832 с.
Коробейников В.П., Христофоров Б.Д. Подводный взрыв // Итоги науки и техники. Сер. Гидромеханика. 1976. Т. 9. С. 54–119.
Роуч П. Вычислительная гидродинамика. М.: Мир, 1980. 616 с.
Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 6. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
Крайнов В.П. Нелинейные задачи гидродинамики. М.: МФТИ, 1996. 92 с.
Яковлев Ю.С. Гидродинамика взрыва. Ленинград: Судпромгиз, 1961. 313 с.
Замышляев Б.В., Яковлев Ю.С. Динамические нагрузки при подводном взрыве. Ленинград: Судостроение, 1967. 194 с.
Сычев А.И. Сильные ударные волны в пузырьковых средах // Журнал технической физики. 2010. Том 80.Вып. 6. С. 31–35.
Кузнецов В.В., Сафонов С.А. Особенности взаимодействия ударных волн с пузырьковыми экранами в жидкости // Динамика многофазных сред. Под редакцией В.М. Фомина, А.В. Федорова. 2015. Издательство: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (Новосибирск). С. 200–201.
Аганин А.А., Гусева Т.С. Удар струи по тонкому слою жидкости на стенке // Вестник Башкирского университета. 2016. Т. 21. № 2. С. 245-250.
Аганин А.А., Гусева Т.С. Удар жидкого конуса по плоской твердой стенке // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. физ.-матем. науки. 2016. Т. 158.Кн. 1. С. 117–128.
Khakimov A.G. Flow around a circular cylindrical shell // Fluid Dynamics. 2020. Vol. 55. № 2. P. 154-161.
Ламб Г. Гидродинамика. М: ОГИЗ, 1947. 929 с.
Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. Часть 1. Под ред. И.А. Кибеля. М.: Физматлит, 1963. 583 с.
Зубрилов С.П. Гидромеханика быстропротекающих процессов. Л.: ЛИВТ, 1991. 60 с.
Аганин А.А., Гусева Т.С. Численное моделирование удара струи по стенке // Математическое моделирование. 2017. Т. 29, № 3. С. 123–138.
Кедринский В.К. Ударные волны в жидкости с пузырьками газа // Физика горения и взрыва. 1980. № 5. С. 14–25.
Hawker N. A., Ventikos Y. Interaction of a strong shockwave with a gas bubble in a liquid medium: a numerical study // J. Fluid Mech. 2012. Vol. 701. Pp. 59–97.
Аганин А.А., Гусева Т.С., Косолапова Л.А., Малахов В.Г. Ударные волны в жидкости при импульсном воздействии кавитационного пузырька на жесткую стенку // Ученые записки Казанского университета. Серия физ.-матем. науки. 2015. Том 157.Кн. 2. С. 5–18.
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, Pр. 1–6.
Garen W. Experimental investigation of shock-bubble properties at the liquid–air phase boundary / W. Garen, B. Meyerer, Y. Kai, W. Neu, S. Koch, U. Teubner // 30th International Symposium on Shock Waves 2. Springer, Cham, 2017. Pp. 1153–1157.
Аганин А.А., Косолапова Л.А., Малахов В.Г. Динамика пузырька газа в жидкости вблизи твердой поверхности // Ученые записки Казанского университета. Серия физ.-матем. науки. 2018. Т. 160.Кн. 1. С. 154-164.
Vlasova O.A., Kozlov V.G., Kozlov N.V. Lift Force Acting on a Heavy Solid in a Rotating Liquid-Filled Cavity with a Time-Varying Rotation Rate // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2018. Vol. 59. №. 2. P. 219-228.
Слепян Л.И., Яковлев Ю.С. Интегральные преобразования в нестационарных задачах механики. Ленинград: Судостроение, 1980. 343 с.