Экспериментальное исследование волновых и конвективных течений в стратифицированной жидкости

• Автор: Беляев, Владимир Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1983
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 226 c. : ил

ГЛАВА I. УРАВНЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ
1.1. Уравнения термогидромеханики стратифицированной жидкости
1.2. Присоединенные внутренние волны
1.2.1. Присоединенные внутренние волны при симметричном обтекании
1.2.2. Присоединенные внутренние волны при наличии подъемной силы
1.3. Свободная конвекция над точечным источником тепла
в стратифицированной жидкости
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
2.1. Оптические теневые методы регистрации возмущений
в стратифицированной жидкости
2.1.1. Расчет теневой картины трехмерных присоединенных внутренних волн
2.2. Контактные высокоразрешающие методы измерения температуры и удельной электропроводности жидкости
2.2.1. Статическая и динамическая градуировка датчиков электропроводности
2.3. Моделирование неконтактных радиочастотных методов измерений внутренних волн
2.4. Автоматизация сбора и обработки экспериментальных данных
2.5. Лабораторная установка
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОРОТКИХ ВНУТРЕННИХ
ВОЛН
3.1. Стационарные излучатели монохроматических внутренних волн

3.2. Присоединенные внутренние волны
3.2.1. Влияние удлинения тела
3.2.2. Присоединенные внутренние волны при движении сферы большого диаметра
3.3. Спутное течение при движении сферы большого диаметра. Захваченные внутренние волны
3.4. Влияние подъемной силы на структуру присоединенных внутренних волн
3.5. Горизонтальное движение изолированного вихря в стратифицированной жидкости
ГЛАВА 4. ТЕРМОКОНЦЕНТРАЦИОННАЯ СВОБОДНАЯ КОНВЕКЦИЯ НАД ТОЧЕЧНЫМ
ИСТОЧНИКОМ ТЕПЛА В СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ
4.1. Свободная конвекция над точечным источником тепла
4.2. Методика лабораторного эксперимента
4.3. Режимы естественной термоконцентрационной конвекции
4.4. Эволюция структуры течения
4.5. Взаимодействие конвективных течений
4.6. Присоединенные внутренние волны в жидкости с
тонкой структурой
4.7. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Приложение I. Модель силовых источников в задаче возбуждения
присоединенных внутренних волн
Приложение 2. Расчет теневого изображения присоединенных внутренних волн для дипольного источника

В естественных условиях - в атмосфере, океане, пресноводных водоемах, растворах и расплавах, использующихся в химических, электрохимических, металлургических технологических процессах , плотность жидкости не является постоянной вследствие изменения температуры, давления и состава растворенных (взвешенных) веществ.Широко распространенным является случай, когда плотность среды убывает с высотой-среда устойчиво стратифицирована. Силы плавучести, возникающие при нарушении термогидродинамического равновесия (смещении жидких частиц из положения равновесия, вариациях температуры, концентрации, давления),в значительной степени влияют на характер протекающих процессов и обуславливают существование ряда специфических течений, в частности, внутренних волн.
Среди широкого круга явлений, динамика которых зависит от действия силы тяжести, практически важными являются короткие внутренние волны и свободные конвективные течения. Эти течения широко распространены в природных условиях и в технологических процессах. Несмотря на то, что в последние годы они интенсивно изучаются, многие вопросы остаются нерешенными. В частности, недостаточно исследованы вопросы образования, распространения и затухания коротких внутренних волн и связь их характеристик со свойствами порождающего источника.
Недостаточно полно изучена пространственная структура возму-

щений как в средах с постоянным градиентом плотности,так и в случае тонкой структуры среды.
Свободные конвективные течения в стратифицированной жидкости имеют существенно другой характер , чем в однородной среде. В соответствии с современными представлениями они,

та, изменение проводимости раствора составит величину 2-10 См/м.с. Эксперимент показывает, что в реальных условиях датчик в среде со средней соленостью 4 %е имеет дрейф выходного напряжения 0,2 мВ/с, а для солености 100 %в соответствующая величина равна 4 мВ/с, что эквивалентно дрейфу проводимости
-6 -в
соответственно 1,4-10 См/м с и 28-10 См/м-с. Таким образом, на дрейф выходного напряжения датчика не оказывает существенного влияния температурная стабильность элементов электронной схемы и температурное изменение проводимости среды вследствие разогрева измерительным током. Основным источником нестабильности прибора являются электрохимические процессы на границе металл-электролит.
Разработанный измеритель удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к приборам для лабораторных измерений параметров стратифицированных течений (см. стр. 46). Его разрешающая способность находится на уровне современных эталонов [69].
Традиционный путь калибровки датчиков удельной электропроводности основан на использовании эталонных растворов с с погрешностью не хуже разрешающей способности датчика С10 6). Такой метод калибровки трудоемок и не позволяет контролировать параметры измерителя непосредственно в ходе экспериментов.
В лабораторных условиях работа датчиков удельной электропроводности обычно происходит в жидкости с линейно меняю-

щейся по высоте проводимостью. Коэффициент СЬ, в градуировоч-

вых= + <Х9 обычно определяют по установившемуся отклику датчика при погружении или поднятии на заранее известную высоту [70]. Такой же метод калибровки используется и в натурных измерениях [71]. В этом случае устанавливается коэффициент пропорциональности в зависимости