Ударные волны в жидкости при импульсном воздействии кавитационного пузырька на жесткую стенку

Выполнено исследование ударных волн, возникающих в воде при схлопывании кавитационного пузырька вблизи плоской жесткой стенки, когда между пузырьком и стенкой имеется слой жидкости (прослойка). Ударные волны во многом определяют импульсное воздействие пузырька на стенку, которое считается одним из основных механизмов кавитационной эрозии поверхностей тел. Рассмотрен процесс схлопывания изначально слегка сплюснутого сфероидального пузырька, когда на его поверхности формируется тонкая высокоскоростная струя, направленная к стенке. Основное внимание направлено на начальную стадию ударного воздействия струи, когда на стенке реализуются давления, сравнимые с давлением гидроудара. Использовалась двухэтапная численная методика, в которой при расчете стадии формирования струи применяется метод граничных элементов, а при расчете стадии ее ударного воздействия – прямое численное моделирование на основе уравнений газовой динамики. Изучение проведено для прослоек толщиной в сто и более раз меньшей начального радиуса пузырька. Установлено, что если толщина прослойки меньше начального радиуса пузырька в $3\cdot10^{-4}$ и более раз, то максимальное давление на стенке превышает давление гидроудара, как и в случае без прослойки. При более толстых прослойках нагрузка на стенку в целом не превышает давления гидроудара.