Зависимость воздействия кавитационного пузырька на тело от давления жидкости

Выполнено численное исследование влияния давления жидкости на параметры ударного воздействия кавитационного пузырька на поверхность тела. Жидкостью является вода, материалом тела — медно-никелевый сплав. Пузырек изначально сферический (радиуса $1$ мм), касается тела, заполнен паром в состоянии насыщения. Давление жидкости $p_L$ варьируется в диапазоне от $1$ до $7$ бар. Воздействие на тело реализуется посредством удара кумулятивной струи, возникающей на поверхности пузырька при его коллапсе. Основное внимание направлено на изучение кратковременной начальной фазы удара, когда максимум давления на стенке имеет порядок давления гидроудара. Показано, что с увеличением $p_L$ скорость кумулятивной струи возрастает от $115$ до $317$ м/с, а ее радиус — от $38$ до $43$ мкм. Во всем рассматриваемом диапазоне $p_L$ начальная стадия удара кумулятивной струи развивается подобно известному в литературе случаю удара сферической капли. В самом начале удара струи давление на поверхности тела достигает уровня давления гидроудара $p_{wh}$. Со временем давление на поверхности тела в центре области удара монотонно уменьшается, тогда как на ее периферии сначала растет до уровня, примерно в $2.5p_{wh}$, а затем монотонно снижается. В самом начале удара деформации в теле в центральной зоне области воздействия струи являются упругими при $p_L = 1$ бар и пластическими при $p_L = 4$ и $7$ бар. Со временем они становятся пластическими и при $p_L = 1$ бар. С увеличением $p_L$ размеры зоны пластических деформаций значительно возрастают, сильно меняется ее геометрия. В результате удара струи на поверхности тела возникает круговая микровмятина с небольшим кольцевым выступом на краю. По мере увеличения $p_L$ микровмятина становится все более выраженной, заметно возрастает ее глубина.