Effect of relaxation processes on the shock wave focusing in a gas suspension cloud | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2020. № 66. DOI: 10.17223/19988621/66/10

Effect of relaxation processes on the shock wave focusing in a gas suspension cloud

In this paper, the interaction of a plane shock wave in air with a cylindrical region of a gas suspension and the effect of relaxation processes for various particle sizes on the refraction and focusing of the shock wave are studied. In the course of numerical modeling, the Euler approach is used to describe non-equilibrium motion of the gas and dispersed phases. A second order accuracy method in space and time is used. Verification of the method through test problems by comparing with exact solutions and calculations of other authors confirms a capability of detecting shock wave refraction effects and wave focusing with the appearance of peak profiles in a distribution of parameters. With an increase in particle sizes, the relaxation zones behind the shock wave and secondary waves, which propagate through a gas suspension cloud, have a significant impact on the shock wave refraction, focusing of transverse shock waves, and interface instability evolution. A focus point is shifted towards suspension cloud boundaries, while for sufficiently large particles, it moves beyond the boundaries (external focus mode). Thus, the reflection pressure of transverse waves and intensity of the instability at the interface reduce.

Download file

Counter downloads: 150

Keywords

ударная волна, фокусировка, релаксационные процессы, газовзвесь, shock wave, focusing, relaxation processes, gas suspension

Authors

Name	Organization	E-mail
Sadin Dmitriy V.	Mozhaysky Military Space Academy	sadin@yandex.ru
Belyaev Boris V.	Mozhaysky Military Space Academy	belyaev.boris.spb@gmail.com
Davidchuk Viktor A.	Mozhaysky Military Space Academy	david_lxii@mail.ru

Всего: 3

References

Abd-El-Fattah A.M., Henderson L.F. Shock waves at a fast-slow gas interface // Journal of Fluid Mechanics. 1978. V. 86. No. 1. P. 15-32. DOI: 10.1017/S0022112078000981.

Abd-El-Fattah A.M., Henderson L.F. Shock waves at a slow-fast gas interface // Journal of Fluid Mechanics. 1978. V. 89. No. 1. P. 79-95. DOI: 10.1017/S0022112078002475.

Niederhaus J.H.J., Greenough J.A., Oakley J.G., Ranjan D., Anderson M.H., Bonazza R.A. Computational parameter study for the three-dimensional shock-bubble interaction // J. Fluid Mechanics. 2008. V. 594. Р. 85-124. DOI: 10.1017/S0022112007008749.

Haas J.F., Sturtevant B. Interaction of weak shock waves with cylindrical and spherical inhomogeneities // Journal of Fluid Mechanics. 1987. V. 181. P. 41-76. DOI: 10.1017/ S0022112087002003

Wang M., Si T. & Luo X. Generation of polygonal gas interfaces by soap film for Richtmyer-Meshkov instability study // Experiments in Fluids. 2013. V. 54. P. 1-9. DoI: 10.1007/s00348-012-1427-9. Влияние релаксационных процессов на фокусировку ударной волны в облаке газовзвеси 129

Wang M., Si T. & Luo X. Experimental study on the interaction of planar shock wave with polygonal helium cylinders // Shock Waves. 2015. V. 25. No. 4. P. 347-355. DOI: 10.1007/s00193-014-0528-1

Войнович П.А., Жмакин А.И., Фурсенко А.А. Моделирование взаимодействия ударных волн в газах с пространственными неоднородностями параметров // ЖТФ. 1988. Т. 58. № 7. С. 1259-1267.

Георгиевский П.Ю., Левин В.А., Сутырин О.Г. Пространственные эффекты при взаимодействии ударной волны с продольным каналом газа пониженной плотности // Письма в ЖТФ. 2018. Т. 44. № 20. С. 5-13. DOI: 10.21883/PJTF.2018.20.46887.17402.

Садин Д.В. Поведение нестационарной струи при истечении смеси газа высокого давления и дисперсной среды из цилиндрического канала в атмосферу // ПМТФ. 1999. Т. 40. № 1. С.151-157.

Садин Д.В., Гузенков В.О., Любарский С.Д. Численное исследование структуры нестационарной двухфазной тонкодисперсной струи // ПМТФ. 2005. Т. 46. № 2. С. 91-97. DOI: 10.1007/PL00021900.

Садин Д.В., Любарский С.Д., Гравченко Ю.А. Особенности недорасширенной импульсной импактной газодисперсной струи с высокой концентрацией частиц // ЖТФ. 2017. Т. 87. № 1. С. 22-26. DOI: 10.21883/JTF.2017.01.1809.

Киселев В.П., Киселев С.П., Фомин В.М. О взаимодействии ударной волны с облаком частиц конечных размеров // ПМТФ. 1994. № 2. С. 26-37.

Kiselev V.P., Kiselev S.P., Vorozhtsov E.V. Interaction of a shock wave with a particle cloud of finite size // Shock Waves. 2006. V. 16. No. 1. P. 53-64. DOI: 10.1007/s00193-006-0043-0.

Jacobs G.B., Don W.S., Dittmann T. High-order resolution Eulerian-Lagrangian simulations of particle dispersion in the accelerated flow behind a moving shock // Theoretical and Computational Fluid Dynamics. 2012. V. 2. No. 1-4. P. 37-50. DOI: 10.1007/s00162-010-0214-6.

Дэвис С.Л., Диттман Т.Б., Якобс Дж.Б., Дон В.С. Дисперсия облака частиц в ударной волне. Влияние формы, угла поворота и геометрических параметров облака на динамику потока и дисперсию // ПМТФ. 2013. Т. 54. № 6. С. 45-59.

Георгиевский П.Ю., Левин В.А., Сутырин О.Г. Фокусировка ударной волны при взаимодействии ударной волны с цилиндрическим облаком пыли // Письма в ЖТФ. 2016. Т. 42, №18. С. 17-24.

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1, 2. М.: Наука, 1987.

Садин Д.В. TVD-схема для жестких задач волновой динамики гетерогенных сред негиперболического неконсервативного типа // ЖВМиМФ. 2016. Т. 56. № 12. С. 2098-2109. DOI: 10.1134/S0965542516120137.

Садин Д.В. Применение схемы с настраиваемыми диссипативными свойствами к расчету течений газа с развитием неустойчивости на контактной границе // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 1. С. 153-157. DOI: 10.17586/2226-1494-2018-18-6-1060-1065.

Christensen R.B. Godunov Methods on a Staggered Mesh - An Improved Artificial Viscosity. Preprint. UCRL-JC-105269. Livermore, California: Lawrence Livermore National Laboratory, 1990. 11 p.

Садин Д. В. Модификация метода крупных частиц до схемы второго порядка точности по пространству и времени для ударно-волновых течений газовзвеси // Вестник ЮУрГУ ММП. 2019. Т. 12. № 2. С. 112-122. DOI: 10.14529/mmp190209.

Садин Д.В. Проблема жесткости при моделировании волновых течений гетерогенных сред с трехтемпературной схемой межфазного тепло- и массообмена // ПМТФ. 2002. Т. 43. № 2. С. 136-141. DOI: 10.1023/A:1014714012032.

Niederhaus J. A Computation parameter study for three-dimensional shock-bubble interactions. Ph. D. thesis. Madison, 2007. 283 p.

Wang B., Xiang G., Hu X. An incremental-stencil WENO reconstruction for simulation of compressible two-phase flows // Int. J. Multiphase Flow. 2018. 104. P. 20-31. DOI: 10.1016/ j.ijmultiphaseflow.2018.03.013.