Осесимметричные волны в пузырьковой жидкости

• Автор: Баязитова, Алина Разифовна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Глава 1 . Обзор экспериментальных и теоретических исследований по динамике нелинейных и детонационных волн в пузырьковых жидкостях. Основные уравнения
1.1. Нелинейные волны в пузырьковой жидкости
1.1.1. Обзор экспериментальных исследований по динамике нелинейных волн
1.1.2. Обзор теоретических исследований по динамике нелинейных волн
1.2. Детонационные волны в пузырьковых жидкостях
1.2.1. Обзор экспериментальных исследований по динамике детонационных волн
1.2.2. Обзор теоретических исследований по динамике детонационных волн
1.3. Основные уравнения для смеси жидкости с газовыми пузырьками для цилиндрической симметрии
Заключение по 1 главе
Глава 2 . Основные положения методики расчета
2.1. Уравнения движения в переменных Лагранжа
2.2. Принцип построения разностной схемы
2.3. Реализация начальных и граничных условий
Заключение по 2 главе
Глава 3 . Нелинейные волны давления в пузырьковой жидкости
3.1. Эволюция пассивных двумерных волн давления при неравномерном по сечению распределении газовой фазы
3.1.1. Гомогенное распределение пузырьков
3.1.2. Кольцевая структура
3.1.3. Пузырьковое ядро
3.2. Взаимодействие плоской ударной волны со сферическими пузырьковыми
кластерами
3.2.1. Одиночный пузырьковый кластер
3.2.2. Ряд маленьких кластеров
3.2.3. Ряд пузырьковых пробок
* Заключение по 3 главе
Глава 4 . Детонационные волны в пузырьковой жидкости
4.1. Тестовые расчеты и сравнение с экспериментом
4.1.1. Стационарная детонация в пузырьковой среде
4.1.2. Нестационарные волны давления
4.2. Распространение детонационных волн вдоль трубчатого пузырькового
# кластера
Заключение по 4 главе
♦ Заключение
Литература

Задача о распространении двумерных и детонационных волн в системах жидкость - пузырьки газа интересна как в плане теоретического исследования, так и с точки зрения практических приложений. При этом интересными и важными являются процессы, носящие нестационарный характер и составляющие предмет изучения волновой динамики многофазных систем. Химически активные (в пузырьках находится взрывчатый газ) и пассивные (газ в пузырьках не является взрывчатым) пузырьковые среды способны воспринимать “закачиваемую” энергию, поглощая относительно слабую внешнюю импульсную нагрузку, концентрировать ее в некоторой локальной области и переизлучать с существенным увеличением амплитуды. Газожидкостные среды широко используются в различных отраслях промышленности (химической, нефтеперерабатывающей, металлургической и др.) для ведения технологических процессов (например, жидкофазное окисление углеводородов) или как элемент системы обеспечения взрывобезопасности (жидкостные предохранительные затворы). Кроме того, пузырьковые жидкости могут найти свое применение в литотрипсии (разрушении почечных камней), в качестве активного элемента в сазере (акустическом аналоге лазера).
Пузырьковая жидкость с горючей смесью газов (вода с пузырьками гремучего газа или углеводородов с кислородом) является взрывчатым веществом (ВВ), в котором может возникать детонационный солитон с амплитудой, доходящей до сотни атмосфер, при воздействии импульсом давления порядка десятидвадцати атмосфер. Удельная массовая калорийность такого ВВ на шесть и более порядков ниже, чем для обычных традиционных твердых, жидких и газообразных ВВ. Также низкокалорийные ВВ могут оказаться эффективным средством для некоторых технологий, где возникает необходимость усиления волновых сигналов, а также мгновенного и кратковременного повышения давления. Кроме того, пузырьковые завесы в различных горючих жидкостях, находящихся в емкостях и топливных баках, могут взорваться при резких толчках и тем самым
жидкостью и насыщался пузырьками газа через генератор, расположенный в нижней части трубы. Опыты проводились для трех различных структур пузырьковой среды. Пузырьки подавались равномерно либо по сечению всего рабочего участка (гомогенная среда), либо в кольцевой зазор между лавсановой трубкой и твердой стеной рабочего участка (пузырьковое кольцо) (рис. 3.1), либо внутрь лавсановой трубки (пузырьковое ядро). После создания в трубе пузырьковой смеси с заданной конфигурацией, по системе производился торцевой удар с помощью жесткой пластины, площадь которой равна сечению трубы. Метание пластины организовывалось с помощью устройства, состоящего из электромагнитной катушки, которая отталкивает пластинку при прохождении в ней импульса электрического тока. Среднее по сечению трубы объемное содержание газа во всех трех случаях составляет «я0 ~ 0,005, при этом истинные объемные содержания пузырьков и их радиусы
для обоих случаев расслоенной структуры были равны аё0 = 0,01, а0 = 0,53 мм. В качестве рабочей жидкости использовался 50 %-й (по массе) раствор глицерина в воде, в качестве газовой фазы - фреон-12 или азот. Волны давления регистриро-# вались пьезоэлектрическими датчиками Б1, 02, БЗ и Б4, расположенными вдоль
рабочего участка на расстояниях го = 0, 0,25, 0,76 и 1,25 м от места входа волн I давления соответственно. Численные расчеты применительно к экспериментам
проводились при следующих теплофизических параметрах: с& = 595 Дж/кг-К, /^ = 5,06 кг/м3, А,£= 0,0097 м-кг/К-с3, у = 1,14 (кё = 3,2-10"6 м2/с) (для фреона-12); с& = 1041 Дж/кг-К, р^о= 1,15 кг/м3, Х,г= 0,0256 м-кг/К-с3, у = 1,4 (к:г = 2,2-10"5 м2/с) (для азота); р, = 1115 кг/м3, V/ = 6-10'6 м2/с, Т0 = 293 К, р0 = 0,1 МПа. При расчетах

для й2о, Ко и т применялись следующие значения: /гг0 = Иг0 = 10' м, т = 10' с.
Рис. 3.1 Схема задачи
1 - поршень,
2 - рабочая область