Динамика частиц и капель в ударных волнах

• Автор: Поплавский, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 262 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Ударные волны в пылегазовых смесях.
Проблемы исследования и постановка задачи
§1.1. Ударные волны при пылевом взрыве
1.1.1. Общая характеристика пылевого взрыва и роль УВ
1.1.2. Основные направления исследования пылевых взрывов
1.1.3. Факторы взрываемости пылегазовой смеси
§ 1.2. Воспламенение пылегазовых смесей от внешних источников
и их самовоспламенение в ударных волнах
1.2.1. Механизмы воспламенения пылесистем
1.2.2. Взрывы органических пылей
1.2.3. Особенности пылевых материалов и их взрывоопасность

§1.3. Ударные волны в средах с внешним трением
1.3.1. Гашение ударных волн
1.3.2. Нестационарное УВ при распространении в пылегазовой смеси
§ 1.4. Взаимодействие ударных волн со слоем сыпучего материала
1.4.1. Механизмы подъема частиц за УВ, скользящей над слоем пыли
1.4.2. Два особых случая подъема частиц из слоя
1.4.3. Регистрация взаимодействия УВ со слоем пыли
1.4.4. Классификация механизмов подъема слоя пыли за УВ
§ 1.5. Скоростная релаксация пылегазовой смеси в УВ
Приложения, задачи и методы исследования
1.5.1. Аэродинамическое сопротивление сферической частицы
1.5.2. Динамика капель в потоке за УВ
Выводы к Главе
Глава 2. Динамика одиночной частицы в потоке
за ударной волной
§2.1. Экспериментальная установка для исследования
динамики двухфазных смесей в ударных волнах
2.1.1. Ударная труба
2.1.2. Оценка погрешности определения
параметров потока в УВ
§ 2.2. Скоростная релаксация и аэродинамическое сопротивление
свободно ускоряющегося тела в потоке за УВ
2.2.1. Параметры скоростной релаксации
2.2.2. Определение аэродинамического сопротивления свободного тела в потоке по его ускорению
2.2.3. Влияние фронта УВ на ускорение частицы
2.2.4. Анализ погрешности определения ускорения по данным
о перемещении тела
§ 2.3. Ранняя стадия скоростной релаксации частицы
в потоке за проходящей УВ
2.3.1. Функция перемещения частицы за УВ при С* = const
2.3.2. Приближенный вид кинематических функций частицы
за УВ при Сх = const
2.3.3. Приближенное решение задачи аппроксимации траектории частицы за УВ на ранней стадии релаксации
2.3.4. Двухпараметрическая задача аппроксимации траектории свободно ускоряющегося тела
2.3.5. Решение уравнения движения
для ненулевой начальной скорости частицы за УВ
§ 2.4. Динамика частицы в УВ с учетом изменения
аэродинамического сопротивления
2.4.1. Эмпирические формулы для аэродинамического сопротивления частиц в широком диапазоне параметров потока
2.4.2. «Звуковое» число Рейнольдса
2.4.3. Динамика частицы при линейной зависимости сопротивления от относительного числа Маха
§2.5. Профиль скорости частицы при скоростной релаксации
в потоке за У В
2.5.1. Скоростное отставание частиц и газа за УВ
2.5.2. Задача о профиле скорости частицы в потоке за УВ
при больших числах Рейнольдса
2.5.3. Профиль скорости частицы в стоксовом режиме обтекания
§ 2.6. Аэродинамическое сопротивление
частиц несферической формы за УВ
2.6.1. Эксперименты с кубическими телами и сферами
2.6.2. Аэродинамическое сопротивление сферы и куба
Выводы к Главе
Глава 3. Динамика и разрушение капли в потоке за УВ
§3.1. Эксперименты по взаимодействию капли
с проходящей УВ

3.1.1. Особенности исследования динамики капли в потоке
3.1.2. Эксперимент и обработка данных
§ 3.2. Деформация капли в потоке и ее учет
при оценке аэродинамического сопротивления
3.2.1. Эволюция формы капли в потоке за У В
3.2.2. Динамика капли при линейном росте поперечного размера
§3.3. Разрушение капли маловязкой жидкости в потоке
за УВ
3.3.1. Определяющие параметры разрушения капли
3.3.2. Феноменологическая картина взаимодействия капли

3.3.3. Экспериментальное моделирование внешнего течения вблизи и в аэродинамическом следе капли
3.3.4. Период индукции разрушения капель маловязких жидкостей в потоке за У В
§ 3.4. Аэродинамическое сопротивление капли
на ранней стадии скоростной релаксации в ударной волне
3.4.1. Особенности динамики деформируемой капли
3.4.2. Аналогия динамики капли за У В с твердой сферой
3.4.3. Определение аэродинамического сопротивления капли
в эксперименте на ударной трубе
Выводы к Главе
Глава 4. Влияние частиц дисперсной фазы на параметры газа
за УВ
§4.1. Экспериментальное исследование взаимодействия ударных волн с облаками дисперсной фазы
§4.2. Модель нестационарное течения за ударной волной
при распространении в облаке частиц
4.2.1. Пылевое облако как система экранов. Вид функции напряжения аэродинамического сопротивления
4.2.2. Интегральные соотношения для параметров газа
за ударной волной в пылевом облаке
4.2.3. Явный вид функции относительного числа Маха
газа и частиц за ударной волной
4.2.4. Явный вид газодинамических функций потока
в пылевом облаке за ударной волной
§ 4.3. Трансзвуковой переход за ударной волной,

под сомнение, по крайней мере, для сыпучих материалов. В [132] подъем слоя объяснялся быстрой скоростной релаксацией частиц с потоком, возмущенным на шероховатостях поверхности слоя. В [142] предлагался комплексный механизм, учитывающий и свойства сыпучих сред, и индивидуальную подъемную силу (сила Магнуса), действующую на каждую отдельную частицу.
Волновая модель подъема частиц получила дальнейшее развитие в [127], где авторы, на основании своих более ранних работ по неустойчивости жидких пленок, предположили существование системы волн сжатия в слое. Экспериментально исследовались слои песка толщиной -0.5 мм со сравнительно крупными частицами -300 мкм (практически монослой) в ударных и детонационных волнах. В слабых УВ, также как в [126], наблюдалась задержка подъема слоя, но объясняли ее медленной скоростной релаксацией сравнительно крупных частиц. В [127], а позже в [130, 131] было обнаружено формирование и рост поперечных к потоку структур поверхности пылевого слоя, близких к периодическим. В [127], а позже и в работах [129-134] рассматривалась модель взаимодействия системы волн сжатия и разрежения в слое пыли при отражении волн сжатия от твердой стенки и свободной поверхности слоя. Считалось, что в областях, где отраженные волны сжатия достигают свободную поверхность, частицы приобретают вертикальную скорость, а полученный импульс является причиной их подъема без какой-либо постоянно действующей подъемной силы. Кроме того, слабая начальная периодическая структура в жидких пленках и слоях, по мнению авторов [128, 129], обуславливает развитие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца. Однако некоторые особенности сыпучих сред как системы несвязанных частиц, оставляют сомнения в существовании выраженной границы раздела фаз, и в применимости к ним таких понятий, как вязкость, а значит по-гранслой и, следовательно, неустойчивость сдвиговых течений.
Перечисленные свойства пылей могли бы реализоваться, если предположить что сыпучая среда находится в «ожиженном» состоянии, которое достигается в слоях порошков, например, при фильтрации газа через них. Такой слой взвешенных частиц, способных к столкновительному взаимодействию между собой и диффузии в газ, называется псевдоожижекным или кипящим слоем. Это состояние порошков хорошо изучено (см., напр. [146-149]). Имеется количественное описание фиксированного слоя частиц с различными типами упаковки и дисперсностью, известны