Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)


Для цитирования:

Норкин М. В. Некоторые особенности начального этапа кавитационного движения кругового цилиндра под свободной поверхностью тяжелой жидкости // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2026. Т. 26, вып. 1. С. 68-80. DOI: 10.18500/1816-9791-2026-26-1-68-80, EDN: MLDMKY

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
02.03.2026
Полный текст:
(downloads: 39)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
519.634
EDN: 
MLDMKY

Некоторые особенности начального этапа кавитационного движения кругового цилиндра под свободной поверхностью тяжелой жидкости

Авторы: 
Норкин Михаил Викторович, Институт математики, механики и компьютерных наук им. И. И. Воровича, Южный федеральный университет
Аннотация: 

Рассматривается задача о начальном этапе вертикального и кавитационного движения кругового цилиндра под свободной поверхностью идеальной, несжимаемой, тяжелой жидкости.  Изучается динамика образующейся присоединенной каверны на малых временах с учетом погранслойных решений в точках отрыва. Данная задача считается корректно поставленной, если в точках отрыва выполняется условие Кутты – Жуковского, а давление в жидкости является положительной величиной. В общем случае задача рассматривается с учетом искусственной кавитации. При этом важную роль играет динамика точек отрыва, для учета которой делается специальная замена переменных, фиксирующая их положение. Исследуется вопрос о возможности представления решения преобразованной задачи в виде асимптотического разложения по целым степеням малого времени. Показывается, что искомое разложение, содержащее первые два члена асимптотики, существует только для определенных физических ситуаций. В случае самого простого закона искусственной кавитации, когда давление в каверне является постоянной величиной, эти ситуации характеризуются вполне определенным числом Фруда, которое равно единице. В общем случае степенную структуру решения преобразованной задачи на малых временах можно сохранить, если во втором асимптотическом приближении провести сглаживание соответствующей граничной функции. В работе уделяется большое внимание поведению внутренней свободной границы жидкости (границы каверны) вблизи точки отрыва. Показывается, что в главном приближении по времени эта граница подходит к точке отрыва под прямым углом (возникает корень квадратный из разности соответствующих угловых координат). Уточнение этого главного приближения для более умеренных времен приводит к различным картинам течения жидкости вблизи точки отрыва. В одних случаях сглаживающая квадратный корень кривая выходит из точки отрыва и располагается от нее только по одну сторону. В других случаях кривая вблизи точки отрыва расположена по разные стороны от нее.

Список источников: 
  1. Tyvand P. A., Kostikov V. K. Impulsive acceleration of a circular cylinder under free surface // Journal of Fluid Mechanics. 2023. Vol. 969. Art. 12. DOI: https://doi.org/10.1017/jfm.2023.557, EDN: NXDRZJ
  2. Голиков A. E., Макаренко Н. И. Свободное движение цилиндра под поверхностью тяжелой жидкости // Прикладная механика и техническая физика. 2024. Т. 65, № 5. С. 76–84. DOI: https://doi.org/10.15372/PMTF202415502, EDN: XOPAIQ
  3. Norkin M., Korobkin A. The motion of the free-surface separation point during the initial stage of horizontal impulsive displacement of a floating circular cylinder // Journal of Engineering Mathematics. 2011. Vol. 70. P. 239–254. DOI: https://doi.org/10.1007/s10665-010-9416-6, EDN: OHRKVP
  4. Норкин М. В. Образование каверны на начальном этапе движения кругового цилиндра в жидкости с постоянным ускорением // Прикладная механика и техническая физика. 2012. Т. 53, № 4. С. 74–82. https://www.mathnet.ru/rus/pmtf1384, EDN: PDUFJR
  5. Седов Л. И. Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики. Москва : Наука, 1966. 448 c.
  6. Норкин М. В. Образование каверны с неподвижными точками отрыва при вертикальном разгоне плавающего кругового цилиндра // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2024. № 91. С. 99–112. DOI: https://doi.org/10.17223/19988621/91/9, EDN: GIQIYZ
  7. Reinhard M., Korobkin A. A., Cooker M. J. Cavity formation on the surface of a body entering water with deceleration // Journal of Engineering Mathematics. 2016. Vol. 96, iss. 1. P. 155–174. DOI: https://doi.org/10.1007/s10665-015-9788-8, EDN: WNRBNX
  8. Пегов В. И., Мошкин И. Ю. Расчет гидродинамики кавитационного способа старта ракет // Челябинский физико-математический журнал. 2018. Т. 3, № 4. С. 476–485. DOI: https://doi.org/10.24411/2500-0101-2018-13408, EDN: YLLQPB
  9. Аганин А. А., Ильгамов М. А., Мустафин И. Н. Ударная кавитация жидкости в цилиндрической емкости // Ученые записки Казанского университета. Серия: Физико-математические науки. 2020. Т. 162, № 1. C. 27–37. DOI: https://doi.org/10.26907/2541-7746.2020.1.27-37, EDN: NWMBXF
  10. Ищенко А. Н., Буркин В. В., Дьячковский А. С., Чупашев А. В. Подводный старт супер кавитирующего ударника из лабораторной баллистической установки // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2023. № 82. С. 97–107. DOI: https://doi.org/10.17223/19988621/82/8, EDN: OTPNOV
  11. Гуревич М. И. Теория струй идеальной жидкости. Москва : Наука, 1979. 536 c.
  12. Иванов А. Н. Гидродинамика развитых кавитационных течений. Ленинград : Судостроение, 1980. 240 с.
  13. Норкин М. В. Динамика внутренней свободной границы жидкости на малых временах при вертикальном ударе кругового цилиндра, полностью погруженного в жидкость // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Естественные науки. 2015. № 1. С. 30-35. EDN: TPOXJJ
  14. Дворак А. В., Теселкин Д. А. Численное решение двумерных задач об импульсивном движении плавающих тел // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1986. Т. 26, № 1. C. 144–150.
  15. Жуков М. Ю., Ширяева Е. В. Использование пакета конечных элементов FreeFem++ для задач гидродинамики, электрофореза и биологии. Ростов н/Д : Изд-во ЮФУ, 2008. 256 c. EDN: XMVZDP
Поступила в редакцию: 
21.04.2025
Принята к публикации: 
24.09.2025
Опубликована: 
02.03.2026