Нестационарное поведение дисперсных частиц в гидродинамических потоках

• Автор: Штраубе, Артур Вячеславович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 173 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Обзор литературы
Общая характеристика работы
1. Поведение взвеси в поле высокочастотных вибраций
1.1. Теоретическая модель поведения изотермической взвеси в поле высокочастотных вибраций
1.2. Об устойчивости квазиравновесия взвеси в вибрационном поле
1.3. Численное исследование осредненных макроскопических течений неоднородной взвеси в вибрационном поле
Основные результаты и выводы
2. Захват и аккумуляция твердых частиц в конвективном потоке
2.1. Одножидкостная модель поведения неизотермической взвеси
в нестационарном несущем потоке
2.2. Об устойчивости пылевого облака в конвективном потоке
2.3. Поведение пылевого облака в конвективном потоке
2.4. Аккумуляция частиц в двумерном потоке
Основные результаты и выводы
3. Лагранжева динамика частиц в стационарном потоке вязкой несжимаемой жидкости
3.1. Течение Стокса через решетку цилиндров
3.2. Фрактальный спектр Фурье
3.3. Аномальная диффузия и перемешивание
3.4. Описание лагранжевой динамики с помощью специального фазового потока
Основные результаты и выводы
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Гетерогенные, неоднородные или многофазные смеси широко представлены в различных природных процессах и областях человеческой деятельности. Это, прежде всего, газовзвеси, суспензии, эмульсии, жидкости с пузырьками газа, композитные материалы, насыщенные жидкостью и газом грунты и т. д. В отличие от гомогенных, в которых составляющие перемешаны на молекулярном уровне, гетерогенные смеси характеризуются наличием макроскопических по отношению к молекулярным масштабам включений.
Из возможных гетерогенных смесей вследствие своей сравнительно регулярной структуры выделяют так называемые дисперсные смеси, которые состоят из двух фаз, одна из которых представляет собой капли, пузырьки или твердые частицы. Среди дисперсных смесей выделяют суспензии - смеси жидкости с твердыми частицами, эмульсии - смеси жидкости с каплями другой жидкости, газовзвеси - смеси газа с твердыми частицами или жидкими каплями (смеси газа с жидкими каплями называют также аэрозолями), пузырьковые среды - смеси жидкости с пузырьками газа.
Часто в литературе по механике всякую дисперсную смесь называют суспензией. Капли, пузырьки, твердые частицы в дисперсной смеси называют дисперсными частицами или дисперсной фазой, а окружающую несущую фазу - дисперсионной.
Задачи механики гетерогенных сред представляют как общенаучный, так и практический интерес. По сравнению с гомогенными, гетерогенные системы являются с одной стороны более сложными для исследования, с другой -порождают новые интересные и зачастую неожиданные явления, связанные с неоднофазностью среды. Решение различных задач механики гетерогенных сред представляет значительный практический интерес, поскольку такие среды широко используются в различных отраслях промышленности. Результаты, полученные в ходе теоретического исследования, могут быть использованы

при совершенствовании и интенсификации различных технологических процессов, управлении устойчивостью гидродинамических систем с помощью примесей, а также при решении проблемы очистки воздуха в помещениях и защиты окружающей среды. В связи с этим, решение задач в рамках темы данного исследования является актуальным.
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Дисперсные системы достаточно разнообразны, характерные черты поведения таких систем зависят как от физических свойств каждой из компонент, образующих систему, так и от характера межфазного взаимодействия. Соответственно различными оказываются методы исследования и теоретические модели поведения дисперсных систем в тех или иных условиях. В данном обзоре внимание сосредоточено, главным образом, на таких дисперсных системах как газожидкостные смеси, взвеси твердых частиц в жидкостях, газо-взвеси. Кроме того, считается, что процессы взаимодействия частиц дисперсной фазы не являются существенными. Это означает, что рассматриваются разреженные системы, объемная концентрация дисперсной фазы которых достаточно мала. В частности, последнее обстоятельство позволяет при определенных условиях применять результаты, полученные при изучении движения одиночной дисперсной частицы, к движению множества частиц.
Большинство известных работ по динамике сыпучих (гранулированных) систем касается сред, поведение которых обусловлено, прежде всего, столкновениями частиц и процессами сухого трения и поэтому выходит за рамки данного рассмотрения. Достаточно широкий обзор работ, посвященный таким системам можно найти в работе Кэмпбэла [1] и монографиях Блехмана [2,3].
Для описания различного рода неоднофазных систем достаточно давно используются модели многоскоростной сплошной среды. Следует отметить работы Ландау и Лифшица по гидродинамике жидкого гелия [4], Лейбензона

нием частиц дисперсной фазы. Поведение неоднородной взвеси в поле высокочастотных доакустических вибраций изучено недостаточно. В этом случае необходимо рассматривать дисперсную и несущую фазы как взаимопроникающие и взаимодействующие подсистемы, поскольку наличие частиц может не только повлиять на несущее течение, но, вообще говоря, быть его причиной.
В данной главе диссертации исследуется поведение неоднородной изотермической взвеси в поле высокочастотных вибраций. В первой части главы получена осредненная одножидкостная модель поведения изотермической взвеси под действием линейно-поляризованных вибраций в невесомости. На основе полученной модели во второй части главы решается линейная задача об устойчивости квазиравновесия взвеси, заполняющей плоский бесконечный слой, а в третьей части проводится численное исследование поведения взвеси, заполняющей квадратную полость.