2.3.1.2.7. Нестационарная и высокоскоростная гидродинамика неидеальных, многокомпонентных и многофазных сред, экспериментальные и математические модели, структурно-фазовые изменения при динамических, ударно-волновых, гравитационных и электродинамических воздействиях

Объектом исследования является нестационарная и высокоскоростная гидродинамика неидеальных, многокомпонентных и многофазных сред и структурно-фазовые изменения в них при ударно-волновых и электродинамических воздействиях. Целью исследований являются экспериментальные и математические модели, описывающие такие процессы. В работе проведен анализ множества экспериментальных данных ударно-волнового нагружения и полиморфного превращения веществ системы кремнезема. Установлено, что существуют такие вещества и такие ударно-волновые процессы, для которых соответствующие адиабаты Гюгонио в безразмерном виде являются одними и теми же для всех этих веществ. Этот результат является существенным расширением современных представлений о термодинамике ударных волн. Приведены данные, свидетельствующие о том, что этот результат может иметь место в более широком классе веществ, чем система кремнезема. Продолжены исследования высокоэнергетического воздействия на многокомпонентные гетерогенные материалы по термодинамически равновесной модели. Выполнено моделирование ударно-волнового нагружения форстерита Mg2SiO4, который рассматривается как смесь кварца SiO2 и периклаза MgO. Рассматривая компоненты исследуемого материала в области фазового перехода как смесь фазы низкого и фазы высокого давления, используемая модель позволяет достоверно описывать несколько фазовых переходов. При расчетах для форстерита в диапазоне давлений от 1 до 1000 ГПа учитываются полиморфные фазовые переходы кварца и периклаза, в том числе фазовый переход высокого давления для MgO. Результаты верифицированы по экспериментальным данным, полученным в динамических экспериментах. Закономерности испарения и конденсации чистого пара в методе решеточных уравнений Больцмана (LBE) ранее не исследовались. Исследованы квазистационарные режимы испарения и конденсации для плоской поверхности жидкости в условиях оттока/притока пара на верхней границе расчетной области. Трехмерное численное моделирование выполнялось для решетки D3Q19. В данной работе алгоритм компьютерной программы адаптирован для распараллеливания трехмерных расчетов на многопроцессорных графических ускорителях (GPU). Впервые получены зависимости для испарения и конденсации в методе LBM, которые согласуются с законом испарения Герца – Кнудсена. Впервые получено уравнение динамики формирования и излучения квази-пустой пульсирующей цилиндрической полости в жидкости с влиянием изменяющейся скорости звука и объемной концентрации кавитационных зародышей. Предложена постановка и проведен численный анализ задачи в безразмерной форме при условии равенства давления в зоне кавитации и внутри цилиндрической полости на ее границе. Последнее позволило установить динамическую связь объемной концентрации (скорости звука) в зоне кавитации с радиусом цилиндрической полости. Изучен процесс трансформации ударных волн на границе раздела пузырьковых сред. Исследован переход распространяющейся снизу вверх ударной волны из пузырьковой среды с меньшей концентрацией газовой фазы в пузырьковую среду с большей концентрацией газовой фазы. Падающая на границу раздела сред ударная волна трансформируется — распадается на две волны: отраженную волну разрежения и прошедшую в пузырьковую среду с большей концентрацией газовой фазы ударную волну. Скорость падающих ударных волн возрастает с увеличением амплитуды волны и уменьшается с увеличением концентрации газовой фазы среды. Давление отраженной и прошедшей волн возрастает с увеличением концентрации газовой фазы первой среды и снижается при увеличении концентрации газовой фазы второй среды. Скорость отраженной волны возрастает с увеличением амплитуды падающей ударной волны и снижается с увеличением концентрации газовой фазы первой среды. Скорость прошедшей ударной волны возрастает с увеличением амплитуды падающей ударной волны и концентрации газовой фазы первой среды. Результаты расчета согласуются с экспериментальными данными. Ранее было показано, что эрозионное разрушение материалов при кавитации может быть связано с фокусировкой акустической энергии на небольшой глубине от свободной поверхности и образованием спиральных микроструктур нарушения сплошности. В данной работе были проведены модельные эксперименты, в которых образец из оргстекла с предварительно созданными растягивающими напряжениями подвергался воздействию акустических волн в воде от вибратора частотой 22 кГц. Происходило его разрушение.