Динамика ударных волн и эволюция вихреобразования при взаимодействии сферического воздушного импульса со слоем водной пены

В работе проведено численное исследование процесса взаимодействия мощного воздушного сферического ударно-волнового импульса с защитным барьером из водной пены с начальным объемным содержанием воды 0.2. Толщина пенного слоя выбрана для выполнения условия неотражения волны сжатия от внешней границы пены в рассматриваемые временные интервалы. При изучении динамики волновых течений использовано предположение о разрушении пенной структуры на взвесь микрокапель за фронтом сильной ударной волны. Двухфазная среда описана на основе модели газокапельной смеси, которая включает в себя законы сохранения массы, импульса и энергии каждой фазы в соответствии с однодавленческим, двухскоростным, двухтемпературным приближениями в двумерной осесимметричной постановке. При учете сил межфазного сопротивления использована модель Шиллера-Наумана. Влияние контактного теплообмена на границе между фазами учтено моделью Ранца-Маршалла. Для описания свойств воздуха и воды использованы уравнения состояния Пенга-Робинсона и совершенной жидкости. Численная реализация модели проведена с применением открытого программного комплекса OpenFOAM на основе двухшагового вычислительного алгоритма PIMPLE. Результаты численного исследования задачи представлены в виде пространственных распределений полей давления, скоростей и линий тока. Установлено значительное ослабление интенсивности сферической ударной волны при ее взаимодействии со слоем водной пены. Исследованы причины и динамика образования серии тороидальных вихрей в газовой области за фронтом ударной волны. Подтверждена достоверность полученных результатов сравнением с решениями аналогичной задачи, найденными другим численным методом.