Изложены результаты теоретических (выполненных численно-разностными методами) и экспериментальных исследований получения, распространения и взаимодействия с преградой импульсных высоконапорных струй жидкости. Приведены адекватные математические модели рассматриваемых процессов, предложены надежные и эффективные методы для расчета одно- и двумерных нестационарных движений жидкости с подвижными границами и кавитацией. Предложены решения ряда прикладных задач применительно к различным технологическим процессам. Определены параметры внутренней и внешней баллистики гидроимпульсных установок, в частности, давление внутри установки, скорость и импульс импульсной струи.

Обговорено проблеми розрахунку нестаціонарних течій рідини з кавітацією. Розглянуто кілька моделей кавітації, що базуються на уявленнях про суцільне середовище. Докладно проаналізовано дві моделі кавітації, засновані на сталості тиску і швидкості звуку в зоні кавітації. Різницева схема зі штучною в'язкістю, яка запропонована у роботі, вільна від недоліків, властивих іншим схемам. Результати розрахунків для різних моделей кавітації порівнюються а аналітичним рішенням. Наведено результати розрахунків течій з кавітацією в різних гідроімпульсних установках: генераторі імпульсних струменів, гідрогарматі ударної дії, установці стиску, прес-гарматі та установці для визначення динамічної міцності води на розтягання.

Розглянуто деякі аспекти проектування порохової гідрогармати як ефективного інструменту для руйнування твердих матеріалів. Сформульовано переваги порохової гідрогармати, введено поняття оптимального пострілу. Запропоновано шлях зменшення витрат під час провадження робіт за допомогою гідрогармати. Наведено результати числових розрахунків, що підтверджують запропонований підхід.

На підставі обчислювальної кінцевоелементної системи ANSYS FLOTRAN здійснено числове моделювання стаціонарної течії рідини усередині гідрогармати. Одержано поля гідродинамічних величин і їх розподіл для води, гліцерину та модельної слабо в'язкої рідини. Оцінку впливу в'язкості здійснено різними засобами: методом зникаючої в'язкості, за числом Рейнольдса і товщиною пограничного шару, за допомогою рівняння Бернуллі. Показано, що для води впливом в'язкості можна нехтувати. Установлено, що оцінки за числом Рейнольдса добре узгоджуються з результатами точних вісесиметричних розрахунків для в'язкої рідини і можуть бути використані для вибору моделі в'язкої або ідеальної рідини. Також розглянуто правомірність квазіодновимірного наближення течії в соплі гідрогармати.

Числово досліджено течію рідини в імпульсному генераторі з урахуванням кавітації і витоку струменя. Для розрахунку течії адаптовано метод зі штучною в'язкістю. Показано, що процеси в генераторі носять хвильовий характер, що призводить до пульсацій швидкості витікання струменя, і супроводжується кавітацією рідини.

Розглянуто декілька моделей нестаціонарної кавітації, що грунтуються на уявленнях про суцільне середовище. Докладно проаналізовано дві моделі кавітації: з постійним тиском та постійною швидкістю звуку. Для розрахунку одновимірних нестаціонарних течій рідини з кавітацією запропоновано різницеву схему зі штучною в'язкістю, яка на відміну від інших числових методів не потребує виділення межі кавітації та легко адаптується до різних моделей кавітації. Результати розрахунків для різних моделей кавітації порівняно між собою та з аналітичним розв'язанням для модельних задач, які супроводжуються еволюцією кавітації: виникненням, розвитком та зникненням. Порівняння методів VIS, Годунова и MXН довело повний збіг результатів до виникнення кавітації. Доведено, що у разі зменшення критичної швидкості звуку для другої моделі кавітації результати розрахунків для обох моделей повністю збігаються. Наведено результати розрахунків гідроімпульсного приладу, рух рідини в якому супроводжується кавітацією. Доведено, що нехтування кавітацією суттєво спотворює фізику процесу і кількісне значення параметрів.

Наведено аналіз напружено-деформованого стану порохової гідрогармати з урахуванням сумісності деформацій рідини та матеріалу конструкції, пружно-пластичних деформацій та імпульсного характеру навантаження. Наведено рекомендації з раціонального конструювання пристрою.

Побудовано математичну модель порохової гідрогармати та розроблено надійні методи розрахунку її гідродинамічних параметрів. Оцінено вплив різних факторів на параметри порохової гідрогармати. Показано, що розрахунок такої гідрогармати вимагає комплексного урахування цих факторів, що обумовлено як особливостями горіння пороху, так і прискоренням рідини у соплі. Результати розрахунків зрівнюються з експериментами за виміром швидкості голови струменя. Одержано гарний збіг теорії з експериментом.

Числово за допомогою методу Годунова на модельних і реальних задачах досліджено взаємодію імпульсних високошвидкісних затоплених струменів рідини із твердою плоскою перешкодою. Показано, що в просторі формується затоплений струмінь, тиск якого на перешкоду є близьким до динамічного напору. Вплив в'язкості рідини на гідродинамічні параметри струменя є незначним.

Приведена оптимизация сопла ствола пороховой гидропушки. Определен профиль сопла, что позволяет получить импульсную струю воды с заданной скоростью при минимальном давлении внутри установки. Исследовано напряженно-деформированное состояние как для реального экспериментального устройства, так и для случая оптимальной геометрии. Расчет проведен по максимальному распределению давления воды на ствол, полученному с помощью численного метода Годунова, что позволяет сконструировать более легкое, мобильное и мощное устройство.

Численно исследовано взаимодействие импульсной затопленной струи жидкости с жесткой преградой. Получены распределения скорости и давления для нормальной, модельных сверх- и слабовязкой жидкости для разных расстояний до преграды. Методом исчезающей вязкости оценены потери на трение и влияние вязкости на гидродинамические параметры затопленной струи. Показано, что для расстояний до преграды порядка 10 радиусов струи влияние вязкости незначительное. Рассчитано время установления процесса. Расчеты выполнены методом конечных элементов с помощью вычислительного пакета ANSYS FLOTRAN.

Рассмотрены некоторые вопросы проектирования пороховой гидропушки как эффективного устройства для разрушения твердых горных пород и бетонных блоков. Сформулированы преимущества пороховой гидропушки, введено понятие оптимального выстрела. Предложен путь уменьшения давления внутри установки при увеличении скорости струи. Приведены результаты численных расчетов, иллюстрирующие предложенное направление оптимизации пороховой гидропушки.

Оценено влияние формы сопла на параметры гидропушки. Сформулированы критерии, по которым оценивается эффективность гидропушки: максимальная скорость струи, максимальное давление внутри установки, коэффициенты превышения давления, преобразования энергии и компактности высокоскоростного участка струи. Расчеты выполнены методом второго порядка аппроксимации Родионова, обобщенным для расчета квазиодномерных движений идеальной сжимаемой жидкости. Приведены результаты расчетов для наиболее распространенных сопел (Витошинского, Войцеховского, коноидального, катеноидального и конического), подтверждающие рациональность предложенного подхода. Показано, что профиль сопла существенно влияет на гидродинамические параметры импульсной струи жидкости. Предложены пути для определения оптимального сопла гидропушки.

Проведены экспериментальные исследования тушения газового факела при помощи импульсных струй жидкости высокой скорости, которые генерируются пороховым импульсным водометом. Скорость импульсной струи в зависимости от энергии заряда в экспериментах достигала 300 - 600 м/с. При помощи лазерного бесконтактного измерителя скорости измерялась скорость головы струи непосредственно перед факелом, проводилось фотографирование струи. Показано, что вокруг импульсной струи жидкости высокой скорости в воздухе образуется высокоскоростное облако брызг большого поперечного сечения, которое эффективно сбивает пламя газового факела на расстояниях 5 - 20 м от установки.

Предложена методика расчета напряженно-деформированного состояния корпуса пороховой гидропушки, которая учитывает упруго-пластические деформации, динамику процесса и кавитацию жидкости. При конструировании гидропушек с заданной формой сопла на первом этапе рассчитывается давление жидкости на поверхность сопла в разные моменты времени. Из гидродинамического расчета определяется поле давления и его максимальное значение в процессе выстрела, по величине которого делается оценка внешнего радиуса корпуса гидропушки. На втором этапе в стационарной постановке по заданному давлению рассчитывается напряженно-деформируемое состояние корпуса гидропушки с помощью пакета ANSYS. На третьем этапе проводится динамический расчет напряженно-деформированного состояния корпуса гидропушки численным методом с искусственной вязкостью с учетом упруго-пластических деформаций и нестационарной кавитации. На основании этого расчета делается окончательный вывод о геометрических размерах корпуса гидропушки.

Исследовано течение жидкости в гидропушке (ГП) с разными профилями сопла для моделей идеальной несжимаемой и сжимаемой жидкости. На конкретных установках оценивается влияние сжимаемости жидкости на параметры ГП. Показано, что предварительные расчеты параметров ГП можно проводить без учета сжимаемости жидкости. Численные расчеты для сжимаемой жидкости выполнены методом Родионова. В качестве критерия для оценки влияния сжимаемости жидкости на параметры ГП использовано число Маха, рассчитанное по максимальной скорости жидкости.

Выполнена оптимизация параметров внутренней баллистики пороховой гидропушки с целью снижения максимального давления в стволе гидродинамического устройства (ГДУ) при сохранении максимальной скорости истечения струи для обеспечения эффективного бездетонационного обезвреживания ВОП и снижения массогабаритных параметров ГДУ.

Описаны экспериментальные исследования по пробиванию стальных пластин разной толщины импульсной струей жидкости высокой скорости. Для получения импульсных струй жидкости используется гидропушка с пороховым приводом. В экспериментах измерялась скорость головы струи перед ударом о пластину. Измерения проведены при помощи специально разработанного бесконтактного лазерного измерителя скорости. В отдельных опытах скорость головы импульсной струи достигала 1300 м/с. По результатам пробивания отверстий в пластинах делается заключение об эффективности импульсной струи пороховой гидропушки в зависимости от расстояния до преграды.

Отмечено, что метод Родионова адаптирован для расчета квазиодномерных течений идеальной сжимаемой жидкости. Выполнена разностная аппроксимация уравнений движения и граничных условий на подвижных границах разных типов: стенка, поршень и свободная поверхность. Верификация расчетного алгоритма проведена на ряде тестовых задач с неподвижными и подвижными границами. Рассчитано течение в конкретной гидроимпульсной установке.

Розглянуто особливості формування, фізико-хімічні параметри та методи евакуації пило-газової середи з робочого простору дугових сталеплавильних печей (ДСП). Розраховано системи розподіленого газовидалення. Виконано попередню проробку системи комбінованого газовиділення для ДСП малої ємності з метою зниження неорганізованих викидів.