Моделирование процесса ослабления сферического взрыва применением водной пены

Представлена двухфазная модель динамического поведения сухой водной пены под воздействием сильной ударной волны в предположении, что пенная структура при ударном нагружении разрушается на взвесь монодисперсных микрокапель с формированием газокапельной смеси. Система уравнений модели водной пены включает законы сохранения массы, импульса и энергии каждой фазы в соответствии с однодавленческим, двухскоростным, двухтемпературным приближениями в трехмерной постановке с учетом сил межфазного сопротивления Шиллера-Наумана и межфазного контактного теплообмена Ранца-Маршалла. Термодинамические свойства воздуха и воды, составляющих газокапельную смесь, описаны уравнениями состояния Пенга-Робинсона и Ми-Грюнайзена. Наличие неравномерного по высоте процесса синерезиса водной пены, обусловленного гравитационными силами, учитывалось заданием распределения объемного содержания воды в пене. Дополнительный учет процесса синерезиса контролировался при расчете интенсивности сил межфазного сопротивления по модели Шиллера-Наумана введением параметра, зависящего от распределения по пространству начального водосодержания пены. Сферический взрыв моделировался в форме ударно-волнового импульса, энергия кото- рого совпадала с энергией заряда взрывчатого вещества, используемого в экспериментах. Численное решение поставленной задачи реализовано с использованием открытого программного комплекса OpenFOAM на основе двухшагового вычислительного алгоритма PIMPLE. Численное решение задачи, полученное на основе предложенной модели газокапельной смеси, удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными по сферическому взрыву в водной пене. Дан анализ динамики сферической ударной волны при ее прохождении сквозь водную пену. Исследованы причины значительного снижения амплитуды и скорости распространения ударных волн в изучаемой среде.