Фокусировка энергии посредством кавитации

Выявлены особенности влияния температуры в диапазоне 423-663 К и давления жидкости (тетрадекана) в диапазонах 423-663 К и 15-70 бар на образование радиально-сходящихся ударных волн в сферически коллапсирующем кавитационном пузырьке. Проведено исследование влияния диссоциации пара в кавитационном пузырьке в тетрадекане при его коллапсе на волновую динамику пара в зависимости от давления тетрадекана при его температуре 663 К. Установлены закономерности сильного сжатия пара в сферическом коллапсирующем кавитационном пузырьке в молекулярном дейтерированном тетрадекане при температуре жидкости 663 К и давлении жидкости в диапазоне 13-100 бар. Сопоставлена эффективность экстремальной фокусировки энергии по числу испускаемых нейтронов в случае дейтерированного тетрадекана (при температуре 663 К и давлении 23100 бар) и случае дейтерированного ацетона в условиях, близких к известным экспериментам Талейархана (при температуре 273 К и давлении 15 бар). Разработана новая эффективная математическая модель динамики газовых пузырьков в трехмерных кластерах при умеренных расстояниях между пузырьками. Проведена детальная верификация данной модели сравнением результатов ее применения с довольно большим количеством известных в литературе экспериментальных данных и результатов расчетов с применением других моделей. Проведено численное исследование особенностей сжатия первоначально покоящихся (воздушных) пузырьков кластера в ходе их отклика на резкое повышение давления в жидкости (воды) и на резкое повышение их внутреннего давления. В обоих случаях рассмотрение отклика проводилось лишь до тех пор, пока ни один из пузырьков кластера не разрушится в силу больших несферических деформаций, либо не столкнется с другими пузырьками. Разработана новая, с вычислительной точки зрения эффективная «гибридная» математическая модель совместной динамики кавитационных (паровых) пузырьков при больших расстояниях между пузырьками, когда влияние несферических деформаций пузырьков и их пространственных перемещений можно не учитывать. Принципиальное отличие данной модели от многих других существующих моделей состоит в том, что она сочетает преимущества DNS-моделей и particle-моделей. Проведено исследование возможностей усиления сжатия газовых (воздушных) пузырьков за счет кластерных эффектов при умеренных расстояниях между пузырьками при акустическом воздействии. Проведено численное исследование возможностей усиления степени сжатия кавитационных пузырьков за счет кластерных эффектов при больших расстояниях между пузырьками, когда форму пузырьков еще можно считать сферической: а) при совместном коллапсе пузырьков кластера, б) при отклике пузырьков кластера на гармоническое воздействие. Рассмотрены кластеры, в которых изначально все пузырьки одинаковы, один из них находится в центре сферы, а другие – на поверхности этой сферы в вершинах правильных многогранников. Известная теория Хейманна развита с целью получения оценок максимальных давлений, реализующихся в жидкости и на поверхности твердого тела при коллапсе кавитационного пузырька вблизи тела с образованием высокоскоростной кумулятивной струи. Получен ряд оценок максимальных давлений в жидкости и на поверхности твердого тела при коллапсе кавитационного пузырька вблизи тела с образованием направленной к телу кумулятивной струи, аналогичных тем, что дает теория Хейманна в случае пузырька, касающегося тела. С целью уточнения оценок величины и момента достижения максимальных давлений на поверхности твердого тела при коллапсе касающегося тела кавитационного пузырька выполнено сравнение численного решения задачи удара высокоскоростной кумулятивной струи жидкости по плоской твердой сухой стенке с результатами численного моделирования такого удара на основе автомодельной задачи о нормальном столкновении со стенкой плоского потока жидкости с наклоненной к стенке плоской боковой поверхностью.