Экспериментальное исследование тепловой конвекции в переменных силовых полях

• Автор: Зюзгин, Алексей Викторович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 229 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность задачи и направление исследований
1.2. Цель исследования
1.3. Новизна, научная и практическая значимость работы, положения, выносимые на защиту
1.4. Апробация результатов, вошедших в диссертационную
РАБОТУ, И ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА
1.5. Структура диссертации
2. ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ КОНВЕКТИВНЫХ ТЕЧЕНИЙ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВСТРЕЧНЫХ ПОТОКОВ
2.1. Конвекция в вертикальном слое жидкости в
СТАТИЧЕСКОМ СИЛОВОМ ПОЛЕ
2.2. Методика опытов в статическом силовом поле
2.3. Нестационарные режимы конвекции в статическом силовом поле
2.4. Влияние высокочастотных вибраций на конвективную устойчивость
2.5. Методика вибрационных экспериментов
2.6. Конвективные течения в вертикальном слое жидкости, совершающем продольные горизонтальные вибрации
2.7. Конвективные течения в вертикальном слое жидкости, СОВЕРШАЮЩЕМ ПРОДОЛЬНЫЕ ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ВИБРАЦИИ
3. ВЛИЯНИЕ ВИБРАЦИЙ НА УСТОЙЧИВОСТЬ МЕХАНИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ И ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ РЕЗОНАНСНАЯ КОНВЕКЦИЯ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СЛОЕ ЖИДКОСТИ
3.1. Параметрическая конвекция
3.2. Методика экспериментов
3.3. Параметрическая конвекция в нагреваемом сверху
СЛОЕ ПРИ ПОПЕРЕЧНЫХ ВИБРАЦИЯХ
3.4. Конвективные течения в подогреваемом снизу
горизонтальном СЛОЕ ПРИ ПОПЕРЕЧНЫХ ВИБРАЦИЯХ
4. ТЕПЛООБМЕН В УСЛОВИЯХ ОРБИТАЛЬНОГО ПОЛЕТА
4.1. Конвективные процессы в реальной невесомости
4.2. Описание оборудования и методик проведения
экспериментов со сверхкритическими средами
4.3. ТЕПлообмен при фоновых микроускорениях
4.4. Режимы теплообмена в высокочастотном
МИКРОГРАВИТАЦИОННОМ ПОЛЕ

4.5. Теплообмен в околокритической жидкости под
ДЕЙСТВИЕМ НИЗКОЧАСТОТНЫХ МИКРОУСКОРЕНИЙ
4.6. Совместное действие термо-вибрационного и термоинерционного механизмов КОНВЕКЦИИ
4.7. Влияние квазистатических микроускорений на
ТЕПЛООБМЕН
5. НАЗЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОНВЕКЦИИ В УСЛОВИЯХ МИКРОГРАВИТАЦИИ
5.1. Методика наземного моделирования конвекции в
реальной невесомости
5.2. Результаты исследования теплообмена от точечного
ИСТОЧНИКА ТЕПЛА ИЛИ ХОЛОДА В ПОЛЕ ПЕРЕМЕННЫХ ИНЕРЦИОННЫХ УСКОРЕНИЙ
6. АКТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ КОНВЕКТИВНОЙ СИСТЕМЫ
6.1. У ПРАВЛЕНИЕ КОНВЕКТИВНОЙ УСТОЙЧИВОСТЬЮ
6.2. Методика проведения эксперимента
6.3. Управление устойчивостью ' механического равновесия
6.4. Влияние осложняющих факторов на эффективность
управления
6.5. Управление устойчивостью конвективных течений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность задачи и направление исследований
Тепловая конвекция широко распространена и часто бывает определяющей в технологических и природных процессах. Зачастую это явление протекает в нестационарных условиях, в частности, при изменении по величине и направлению силовых полей. Более того, модуляция таких полей может генерировать конвективные потоки вибрационной или параметрической резонансной природы. Это делает важным изучение условий возникновения и пространственно-временной эволюции гравитационно-конвективных, вибро-конвективных и резонансных течений. Устойчивый интерес к задачам этого круга вызван развитием космических технологий, поскольку быстроменяющиеся инерционные и остаточные гравитационные ускорения в условиях орбитального полета могут
определять динамику тепло- и массообмена в стратифицированных по
плотности средах. В настоящее время исследования в этом направлении проводятся очень интенсивно и составляют содержание целого ряда научных журналов и серий международных конференций. Отметим также, что изменение силовых полей может оказывать управляющее влияние на эволюцию конвективных систем, и это направление исследований является перспективным как с точки зрения определения общетеоретических закономерностей, так и многочисленных технологических приложений. Представляемая работа, в которую вошли результаты экспериментальных исследований, проведенных в 1989-2011 гг., содержит постановку и
экспериментальное решение широкого класса задач по исследованию
конвективных процессов в переменных по величине и направлению силовых полях и управлению ими.
Работа проводилась по проектам и грантам “Университеты России” (1992), Международного научного фонда МБ 5000 (1993), Европейского Союза ТЫТА8-94-529, Миннауки РФ (1995), Поддержки ведущих научных школ 96-15-96084, 00-15-00112, Федеральной целевой программы

Рис. 2.12. Фотографии
вертикального слоя жидкости с нестационарными развитыми режимами конвекции. а-Иая = 7.9-104; б - Кая= 1
Рассмотрим теперь эволюцию конвективных режимов в слое с относительной длиной А = 3.4• 102. После потери устойчивости подъемно-опускным течением в слое реализовывались режимы конвекции, подобные по структуре (см. рис. 2.9-2.11) и пространственно-временным характеристикам (см. рис. 2.4 и 2.5) вышеописанным.
Наиболее интересные
результаты получены в области высоких значений числа Рэлея. Поскольку длина слоя почти в 8 раз превышала минимально
необходимую для развития
возмущений во встречных потоках до состояния взаимодействия, то вдоль слоя можно было наблюдать сразу всю последовательность описанных выше режимов. На фрагменте “а” рис. 2.12 представлено фотографическое изображение
конвективных режимов при
Яаё= 7.9-104. Рассмотрим эволюцию структуры течения в зависимости от вертикальной координаты,
отсчитываемой от дна слоя, и учтя, что нисходящий поток ближе к наблюдателю. В диапазоне высот от