Волновые течения пузырьковой жидкости в каналах переменного сечения

• Автор: Лепихин, Сергей Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 103 с. : ил.

Глава 1. Стационарное течение пузырьковой жидкости в сопле, сопровождаемое высоким давлением и температурой в газовой фазе
1.1. Некоторые замечания экспериментальных и теоретических работ, посвященных двухфазным потокам в соплах
1.2. Течение в сопле жидкости с газовыми пузырями без фазовых переходов
1.2.1. Постановка задачи и основные уравнения
1.2.2. Приведение системы уравнений к расчетному виду
1.2.3. Результаты расчетов
1.3. Течение пузырьковой жидкости в сопле с учетом фазовых переходов
1.3.1. Основные уравнения
1.3.2. Результаты численных расчетов
Выводы по главе
Глава 2. Динамика нелинейных волн в каналах переменного сечения
2.1. Анализ, посвященный нелинейным волнам в пузырьковых жидкостях
2.2. Основные уравнения
2.2.1. Эйлеровы переменные
2.2.2. Лагранжевы переменные
2.3. Принцип построения разностной схемы
2.4. Динамика волны давления в сужающихся конусообразных каналах
2.4.1. Зависимость распространения волны от начального объемного газосодержания
2.4.2. Влияние дисперсности пузырьковой жидкости на эволюцию волны
Выводы по главе
Глава 3. Детонационные волны в каналах переменного сечения
3.1. Обзор теоретических и экспериментальных работ по детонационным волнам
3.2. Основные уравнения. Схема мгновенного воспламенения
3.3. Инициирование детонационных волн в каналах переменного сечения
3.3.1. Два режима возникновения детонационных волн в сужающихся каналах, заполненных пузырьковой жидкостью
3.3.2. Особенности эволюции нелинейных и детонационных волн в сужающихся емкостях с закрытым дном
3.3.3. Динамика детонационных волн в расширяющихся каналах
3.3.4. Атлас возможных режимов эволюции нелинейных и детонационных волн в каналах и емкостях
Выводы по главе
Заключение
Литература

Широкое распространение газожидкостных пузырьковых систем в природе и их интенсивное применение в современной технике, обуславливает повышенный интерес исследователей к классу задач, связанных с проблемами механики пузырьковых сред. В последнее время этот интерес возрастает в связи с перспективами развития новых технологий, связанных в частности с возможностью реализации газофазных высокотемпературных плазмохимических процессов в изначально холодной пузырьковой жидкости и получением супервысоких «рабочих» давлений, посредством воздействия на пузырьковые среды в ограниченных емкостях ударными волнами или пропусканием газожидкостных систем через сопла. В частности, в настоящее время имеются экспериментальные результаты (Р. Талеярхан, Р.И. Нигматулин, Р. Лэхи и др.) в которых показана возможность осуществления высокотемпературных превращений в парогазожидкостных системах, сопровождаемых процессами излучения, при периодическом воздействии акустическими волнами. В лабораторных условиях (Галимов Э.М. и др.) при истечении бензола через сопло, сопровождаемого кавитацией, установлено образование твердых частиц, содержащих алмаз. Также гидродинамические эффекты, связанные с реализацией высоких давлений и температур в пузырьках, могут быть использованы для воздействия на микробиоорганизмы в ряде технологических процессов пищевой промышленности и здравоохранения, к примеру, в процессе холодной пастеризации молока.
Большой цикл исследований по моделированию процессов в многофазных системах, в частности по изучению ударных и детонационных волн в пузырьковых жидкостях, выполнен школой Р.И. Нигматулина (Губайдуллиным A.A., Ивандаевым А.И., Шагаповым В.Ш., Гималтдиновым И.К. и др.). Существенный вклад в экспериментальное и теоретическое исследование взрывных и детонационных процессов в газожидкостных средах, гидравлики двухфазных потоков сделан представителями Института гидроди-

дну канала, волны уже снизилась, объясняется проявлением эффектов нелинейности при отражении от дна канала.
Уменьшение амплитуды эволюционирующей волны при возрастании объемного содержания газа в жидкости можно компенсировать за счет сужающейся формы канала, приводящей к кумуляции энергии волны в глубь канала и поджатию пузырьковой жидкости.
На рис. 2.2 (а, б) показана динамика волны давления в сужающемся канале в «чистой» и пузырьковой (здесь ад0 — 1СГ3) жидкости. Размеры канала: длина Ь — 1м, диаметр входного сечения <^0 = 0,3 м, диаметр дна с1ь = 0,1 м. Начальные параметры пузырьковой жидкости и амплитуда, инициируемого на входе канала импульса давления, такие же, как на рис. 2.1.
Видно, что в данном случае происходит увеличение амплитуды распространяющейся ко дну канала и отраженной от него волны из-за геометрии канала. Причем, в «чистой» жидкости амплитуда подошедшей ко дну волны возрастает во столько раз, во сколько уменьшается диаметр канала (здесь в 3 раза) и при отражении еще увеличивается вдвое. В случае пузырьковой жидкости, в которой амплитуда осциллирующей волны определяется проявлением нелинейности среды и диссипативными механизмами, поведение волны давления в сужающемся канале определяется совместным влиянием формы канала и параметров пузырьковой смеси. В частности из рис.
2.26 видно (здесь ад0 = 10 , <10^ь =3), что амплитуда подходящей ко
дну канала волны увеличивается из-за преобладания эффектов, связанных с влиянием формы канала, над эффектами диссипации.
На рис. 2.2 (в, г) представлены расчетные осциллограммы для волны, подошедшей ко дну сужающегося канала, и отраженной от него волны в зависимости от начального объемного газосодержания. (Цифры у кривых соответствуют тем же значениям объемной концентрации пузырьков, что и на
рис. 2.1.) Видно, что с ростом объемного содержания газовой фазы, ампли-