Численное исследование прохождения импульса давления через слой насыпной среды

ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И 6
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПРЕГРАДАМИ ВОЛН В ГАЗОНАСЫЩЕННОЙ 6
ПОРИСТОЙ СРЕДЕ 6
1. Отражение ударной волны типа «ступенька» от жесткой стенки, покрытой слоем пористого материала 6
2.Отражение ударной волны от твердой стенки, покрытой пористым слоем с учетом трения частиц о боковые стенки трубы 20
3. Отражение импульсного возмущения от жесткой стенки, покрытой слоем пористого материала 22
4. Уравнения механики многофазных сред для описания газонасыщенных 32
пористых сред 32
ГЛАВА II. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ИМПУЛЬСА ДАВЛЕНИЯ ЧЕРЕЗ СЛОЙ НАСЫПНОЙ СРЕДЫ 41
1.Тестирование численной схемы 41
2. Численные расчеты 43
Заключение 52

Весь текст будет доступен после покупки

Исследование поведения экранирующих материалов, таких как пористые сжимаемые и сыпучие среды, под действием импульсных нагрузок является ключевым для современных технических и технологических разработок. Данная проблематика направлена на повышение безопасности взрывоопасных производственных процессов и обеспечение защиты инженерных сооружений от ударных волн и прочих динамических воздействий.
Для обеспечения эффективной работы систем акустической, ударной и взрывной защиты требуется более глубокое понимание как динамики распространения возмущений в пористых экранирующих материалах, так и способов передачи волновых нагрузок на защищаемые преграды.
Исследование динамики ударных волн в пористых средах продиктовано необходимостью количественной оценки эффективности временных защитных стратегий. Традиционно, для анализа волновых явлений в различных средах, включая их скоростные характеристики и эволюцию формы импульса, применяются экспериментальные установки типа ударных труб. В конфигурации ударной трубы, включающей секцию с исследуемой пористой средой, наблюдается серия многократных отражений ударной волны от интерфейса пористой среды и верхнего торца трубы. Эти переотраженные волны могут быть использованы в качестве зондирующих импульсов для диагностики изменений, индуцированных первоначальным ударным воздействием в структуре пористой среды.
Пористые материалы находят широкое применение в различных промышленных сферах, включая аэрокосмическую индустрию, архитектурную акустику и демпфирование взрывных нагрузок. Исследование динамики взаимодействия импульсов давления с пористой матрицей и характера газового потока в поровом пространстве материалов при различных уровнях интенсивности имеет первостепенное значение для их эффективной эксплуатации. Например, анализ компактности пористых слоев может стать ключевым фактором в совершенствовании характеристик защитных экранов от взрывных воздействий.
В пористых средах, заполненных жидкостью, волны распространяются не просто так – возникают разные явления из-за того, что жидкости и твердые частицы движутся с разной скоростью. Чтобы точно знать, как далеко и как именно будут распространяться волны, и чтобы понимать, как сильные удары влияют на среду, нужно хорошо разбираться в этих явлениях.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА I. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ И
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С ПРЕГРАДАМИ ВОЛН В ГАЗОНАСЫЩЕННОЙ
ПОРИСТОЙ СРЕДЕ


Настоящая глава посвящена детальному численному анализу поведения воздушных ударных волн при их отражении от твердой поверхности, модифицированной слоем пористого материала. Для адекватного описания волновых процессов в насыщенных пористых средах была выбрана передовая двухскоростная математическая модель, учитывающая два тензора напряжений и разработанная в рамках механики многофазных сред. В качестве инструмента для численного моделирования была разработана специализированная методика, основанная на эффективной двухшаговой схеме Лакса-Вендроффа. Исследованы сценарии прохождения ударных волн различной формы (ступенчатой и треугольной) через интерфейс "газ - пористая среда" и их последующего отражения от покрытой пористым веществом жесткой стенки. Особое внимание уделено анализу влияния ключевых параметров пористой среды и характеристик ударной волны на динамику процесса отражения. Для подтверждения достоверности разработанной модели и методики, численные результаты были сопоставлены с имеющимися экспериментальными данными других исследователей.

1. Отражение ударной волны типа «ступенька» от жесткой стенки, покрытой слоем пористого материала

Исследование отражения ударных волн от преград, покрытых слоем пористого материала, представляет значительный научный и практический интерес. Изучение того, как ударные волны отражаются от барьеров, покрытых пористым материалом, является областью, представляющей большой научный и практический интерес. Это исследование открывает новые перспективы для понимания сложных взаимодействий и имеет потенциал для создания инновационных решений.
При распространении в насыщенной пористой среде любое начальное возмущение расщепляется на две составляющие: быструю, связанную с деформацией материала, и медленную, обусловленную фильтрацией. Хотя такие параметры, как давление газа, напряжение в скелете, скорости и температуры, демонстрируют эту двухволновую природу, суммарное напряжение в среде ведет себя как единая волна. Важно отметить, что в случае газонасыщенных сред скорость фильтрационной волны существенно уступает скорости деформационной. Это приводит к тому, что при взаимодействии ударной волны с жесткой стенкой, имеющей тонкий пористый слой, быстрая волна успевает многократно отразиться от поверхностей (жесткой стенки и свободной поверхности) до того, как медленная волна достигнет стенки. Такая ситуация создает дополнительные сложности при интерпретации наблюдаемых волновых явлений. Однако, с точки зрения практического воздействия на преграду, ключевым является полное напряжение, которое всегда имеет простую одноволновую структуру. Давление газа, несмотря на свою двухволновую природу, на практике проявляется в основном как медленная фильтрационная волна, поскольку амплитуда быстрой волны, как правило, мала. В ходе экспериментов на ударных трубах стандартно регистрируются именно полное напряжение и давление газа.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Ля.хо.в Г.М. Ос.но.вы ди.на.ми.ки вз.ры.ва в грунта.х и го.рн.ых по.ро.да.х. - Мо.ск.ва. - 1974. - 298 с.
2. Ба.ла.па.нов Д.М., Ур.ма.нчеев С.Ф. Ро.ль ме.жф.аз.ны.х вз.аи.мо.де.йств.ий пр.и га.зо.во.й дето.на.ци.и в инертной по.ри.стой среде//Пи.сь.ма в ЖТ.Ф, 2010, то.м 36, вып.. 13, С. 71-80.
3. Ги.ма.лт.ди.нов И.К., Ситд.икова Л.Ф., Дм.ит.риев В.Л., Ле.ви.на Т.М., Ха.беев Н.С., So.ng W. Отражение звуковых волн от пористого материала в случае наклонного падения // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90. № 5. С. 1098-1108.
4. Ах.мето.в А. Т., Гу.ба.йдул.ли.н А. А., Ду.дко Д. Н. Вл.ия.ние то.лч.ко.в да.влен.ия на фа.зо.ву.ю прон.иц.ае.мо.ст.ь пр.ирод.ны.х ке.рнов и особен.но.ст.и их ра.сп.ро.ст.ра.не.ни.я в со.чн.ых по.ри.ст.ых сред.ах // Из.ве.ст.ия ВУ.Зо.в. Не.фт.ь и га.з. 1999, N 1, 30-34.
5. Gu.ba.id.ul.lin A. A., Br.it.an A., Du.dk.oD. N. Ai.r sh.oc.k wa.ve in.te.ra.ct.io.n wi.th an ob.st.ac.le co.ve.re.d by po.ro.us ma.te.ri.al // Sh.oc.k wa.ve.s, 2003, Vo.l. 13, No. 1, 41-48. DO.I:10.1007/s00193-003-0193-2
6. Бо.лд.ырева О.Ю., Гу.ба.йдул.лин А.А., Ду.дко Д.Н., Куту.шев А.Г. Численное исследование передачи ударно-волновой нагрузки экранируемой плоской стенке через слой порошкообразной среды и разделяющий их воздушный зазор // Физика горения и взрыва. 2007. Т. 43. № 1. С. 132-142.
7. Yang Qiu, Xiaodong Hu, Fujian Zhou, Zhuolong Li, Yujiao Li, Yinghao Luo, Water hammer response characteristics of wellbore-fracture system: Multi-dimensional analysis in time, frequency and quefrency domain, Journal of Petroleum Science and Engineering, Volume 213, 2022, 110425, ISSN 0920-4105, https://doi.org/10.1016/j.petrol.2022.110425. (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920410522003114)
8. Донцов В.Е. Структура и динамика возмущений давления конечной амплитуды в пористой среде, насыщенной жидкостью с пузырьками газа // Изв. АН СССР. МЖГ. – 1992. – № 1. – С. 80–85.

Весь текст будет доступен после покупки