Исследование динамики вихревых потоков и волн в дисперсных и стратифицированных средах

• Автор: Дружинин, Олег Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 300 с. : ил.

* СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. СВОЙСТВА ДИНАМИКИ ЧАСТИЦЫ В ПОТОКЕ ЖИДКОСТИ
1.1 Введение. Уравнение движения частицы в потоке жидкости
1.2 Динамика частицы в неоднородном стационарном течении идеальной жидкости
1.2.1 Точное частное решение для скорости частицы
1.2.2 Динамика частицы в осесимметричном вихре
1.2.3 Хаотическое движение и аномальная дисперсия частиц в течении
Грина - Тейлора
1.3 Динамика частицы в течении вязкой жидкости
1.3.1 Асимптотическое решение для скорости частицы
1.3.2 Динамика частицы в осесимметричном вихре
1.3.3 Ограниченое и неограниченное движение частицы в течении
Грина -Тейлора
1.3.4 Устойчивость решения уравнения Чена для скорости частицы
в однородном потоке
* 1.4 Выводы к главе
1.5 Рисунки к главе
ГЛАВА 2. ДИНАМИКА ПОТОКОВ, НЕСУЩИХ ТВЕРДЫЕ ЧАСТИЦЫ
2.1 Введение. Уравнения движения частиц и жидкости с учетом межфазного взаимодействия
2.2 Динамика концентрации частиц и межфазное взаимодействие
в осесимметричном вихре
2.2.1 Аналитическое решение в виде волны концентарции
2.2.2 Аналитическое решение для поля завихренности
2.2.3 Результаты численного моделирования

2.3 Динамика концентрации частиц и межфазное взаимодействие
в течении Стюарта

4 2.3.1 Аналитическое решение для концентрации частиц и завихренности жидкости
2.3.2 Результаты численного моделирования
2.4 Эффект гравитационного оседания частиц и межфазное взаимодействие в течении Грина-Тейлора
2.4.1 Аналитическое решение для концентрации частиц и модификации завихренности жидкости
2.4.2 Результаты численного моделирования
2.5 Волновая динамика разбавленной суспензии оседающих частиц
2.5.1 Уравнение для волновых возмущений
2.5.2 Результаты численного моделирования
* 2.6 Влияние инерции частиц на межфазное взаимодействие
в изотропной турбулентности
2.6.1 Модификация спектра изотропной турбулентности частицами
с малой инерцией
2.6.2 Результаты численного моделирования
2.7 Выводы к главе
2.8 Рисунки к главе
ГЛАВА 3. ДИНАМИКА ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ, НЕСУЩЕЙ
* МИКРОПУЗЫРЬКИ
3.1 Введение. Уравнения движения пузырьковой жидкости с учетом межфазного взаимодействия
3.2 Исследование свойств пространственно - развивающегося пузырькового слоя смешения с помощью прямого численного моделирования
3.2.1 Формулировка задачи и описание численного метода
3.2.2 Метод лагранжево - эйлерова отображения для вычисления концентрации
и скорости пузырьков
3.2.3 Свойства течения и межфазного взаимодействия в случае однородного распределения исходной концентрации пузырьков
Л 3.2.4 Свойства течения и межфазного взаимодействия в случае ступенчатого
распределения исходной концентрации пузырьков

* 3.3 Исследование динамики турбулентных потоков пузырьковой
жидкости с помощью прямого численного моделирования
3.3.1 Динамика однородной турбулентности, несущей микропузырьки
3.3.2 Динамика турбулентного пузырькового потока с постоянным сдвигом средней скорости
3.4 Волновая динамика пузырькового слоя при воздействии акустической накачки
3.4.1 Основные уравнения
3.4.2 Режим слабой нелинейности
3.4.3 Режим пилообразных волн
3.4.4 Результаты численного моделирования
3.5 Выводы к главе
3.6 Рисунки к главе
ГЛАВА 4. ДИНАМИКА ВИХРЕВЫХ ПОТОКОВ В ЖИДКОСТИ СО СТРАТИФИКАЦИЕЙ ПЛОТНОСТИ В ВИДЕ ПИКНОКЛИНА: ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СРАВНЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ
4.1 Введение
4.2 Исследование процесса заглубления пикноклина под действием
* турбулентного сдвигового потока
4.2.1 Математическая модель и численное моделирование заглубления термоклина под действием турбулентного сдвигового потока
4.2.2 Решение для спектра внутренних волн для заданного спектра пульсаций скорости сдвигового потока
4.3 Генерация внутренних волн в пикноклине под действием сдвиговой неустойчивости
4.3.1 Основные уравнения и описание численного метода
4.3.2 Результаты численного моделирования
4.4 Динамика турбулентной струи в пикноклине
* 4.4.1 Формулировка задачи и описание численного метода
4.4.2 Результаты численного моделирования

Выражение (1.95) показывает, что можно различать два случая, когда Яеа1{А} > 0. В одном случае выполняется неравенство
А2 2Ау/й
>0, (1.96)
справедливое при соотношении плотностей
* = (!-97) Р/ Ь
и оба значения А± - положительные и вещественные:
А2 2А[й ^ л (А2 2Ау/1/1/2 ~2
В другом случае выполняется неравенство
А2 2 А^/й
1 т~
справедливое при соотношении плотностей
< 0 , (1.99)
и оба значения А± - мнимые:
А2 2А^,.Я(2А^ А2112 „ 1ППЧ
рт~ 2 <1 V Л 4 ) ' (
Из (1.100) следует, что вещественные части Яеа1{±} положительны, если отношение плотностей удовлетворяет неравенству:
(1ло1)
8 р
Таким образом, соотношения (1.97) и (1.101) показывают, что при отношении плотностей 5 < 7/4 возмущение V экспоненциально нарастает со временем. Это означает, что решение (1.90) -неустойчиво, если плотность частицы рр < 7/3//4.
Важно отметить, что в численных исследованиях динамики частиц в нестационарных течениях жидкости используется как правило укороченная форма интеграла в выражении для силы Бассе, которая предполагает, что скорости частицы и жидкости имеют вид [117] - [120]:
У(*) = нт+м , и(1) = НЦ)и+Ц) ,

(1.102)