Экспериментальное исследование осредненного поведения твердых включений в полости с жидкостью при вибрациях

• Автор: Кузаев, Айдар Файзуллович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 127 с. : ил.

1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СФЕРИЧЕСКОГО ТЕЛА С ТВЕРДОЙ
9 СТЕНКОЙ ПОЛОСТИ, СОВЕРШАЮЩЕЙ ПОСТУПАТЕЛЬНЫЕ
ВИБРАЦИИ
1.1. Экспериментальная установка и методика
1.2. Влияние вязкости жидкости и размера тела на подъемную вибрационную силу
1.3. Зависимость силы гидродинамического взаимодействия от расстояния до стенки
1.4. Анализ результатов
2. ТЯЖЕЛАЯ СФЕРА В КОАКСИАЛЬНОМ ЗАЗОРЕ С ВЯЗКОЙ
ЖИДКОСТЬЮ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ ВИБРАЦИЯХ
2.1. Экспериментальная установка и методика
2.2. Зависимость порогов взлета и падения сферы от вязкости
2.3. Ближнее вязкое взаимодействие тела с границами полости
2.4. Обсуждение результатов
3. ВИБРАЦИОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ДВУХ ОДИНАКОВЫХ
ТЕЛ СФЕРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
3.1. Методика эксперимента
3.2. Взаимодействие тел в маловязких жидкостях
3.3. Влияние вязкости жидкости на взаимодействие тел
4. ДИНАМИКА СЫПУЧЕЙ СРЕДЫ В ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ ПРИ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВИБРАЦИЯХ
4.1. Постановка задачи
4.2. Граница ожижения сыпучей среды
4.3. Квазистационарный рельеф
• 4.4. Анализ результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Вибрационная механика — достаточно новый раздел механики и теории нелинейных колебаний, который в настоящее время интенсивно развивается в России и за рубежом (см. [1, 2]). Ее развитие лежит в основе вибрационной техники и технологии. Еще недавно вибрации рассматривались как нежелательный, и даже опасный фактор, который мог привести к различного рода поломкам, авариям и т.д. Сейчас же вибрации находят широкое применение во многих отраслях промышленности [3].
Толчком к развитию вибрационной механики послужила работа [4]. Путем разделения медленного и быстрого движения П.Л. Капица решил задачу о маятнике с вибрирующей точкой подвеса, и, по сути дела, предложил достаточно эффективный метод рассмотрения подобных задач. Оказалось, что при вибрациях возможно устойчивое верхнее состояние маятника. Данное необычное положение имеет место благодаря наличию обусловленных колебанием системы сил -вибрационных сил.
По [5], круг решаемых современной вибрационной механикой задач условно можно разбить на четыре группы: задачи о действии вибраций на различные механизмы, задачи теории синхронизации механических вибровозбудителей [6, 7], задачи теории вибрационного перемещения [8], проблемы виброреологии и создания динамических материалов.
Вибрационная гидродинамика гетерогенных систем является самостоятельным разделом вибрационной механики, также достаточно интенсивно развивающейся благодаря усилиям многих исследователей [9-16]. В настоящее время интерес к вопросу о влиянии вибраций на поведение многофазных гидродинамических систем постоянно возрастает опять же в виду многочисленных приложений.
Нельзя не отметить,вибрационную тепловую конвекцию, изучающую влияние вибраций на динамику неоднородной по плотности несжимаемой жидкости. Исследования в данной области начаты Г.З. Гершуни и Е.М. Жуховицким; был обнаружен новый механизм тепловой конвекции - вибрационный [17]. Данное направление вибрационной гидромеханики является одним из приоритетных для Пермской гидродинамической научной школы, внесшей большой вклад в его развитие. Результаты теоретических исследований вибрационной тепловой конвекции обобщены в монографии [18]. Ссылки на экспериментальные работы можно найти в [15, 19-21].
Поведение различных фазовых включений (твердых, капельных и газовых) в колеблющейся жидкости характеризуется своеобразными особенностями. Среди этих особенностей можно выделить две существенные. Это процессы виброперемещения и эффекты локализации, т.е. направленное перемещение включений за счет вибрационного воздействия и образование в определенных местах жидкости, в случае большой совокупности тел, их локальных скоплений.
Эти особенности динамики фазовых включений в колеблющейся жидкости могут использоваться при реализации и интенсификации технологических процессов (например, дегазация и очистка жидкостей от твердых включений, перемешивание различных компонент, флотация, и т.д.). Они также могут существенным образом влиять на функционирование различных узлов силовых установок, аппаратов и технических сооружений, содержащих жидкость и подверженных различным вибрационным воздействиям, особенно в условиях невесомости и микрогравитации [22, 23].
силой притяжения при увеличении расстояния между телом и плоскостью.
С повышением безразмерной частоты вибраций толщина вязких слоев Стокса уменьшается и становится пренебрежимо малой по сравнению с характерными размерами задачи. При этом масштабы действия силы отталкивания, обусловленной именно вязким взаимодействием тела со стенкой, становятся незначительными. Подъемная сила, действующая на тело, практически исчезает. На передний план выходит сила притяжения. В области низких частот, наоборот, проявляет себя сила отталкивания. Тело выталкивается из вязкого пограничного слоя на расстояние, сравнимое с размерами тела.
В области промежуточных значений безразмерной частоты можно ожидать проявления и сил отталкивания, и сил притяжения. При вибрациях тело удаляется от стенки за счет вязкого взаимодействия на расстояния, в пределах которых сила притяжения еще существует. В этом случае зависимость силы взаимодействия от расстояния между телом и стенкой должна иметь минимум - вблизи границы доминирует сила отталкивания, быстро уменьшающаяся с расстоянием, за пределами области вязкого взаимодействия проявляется сила притяжения, также угасающая с расстоянием.
На фиг. 1.16 представлены положения тела около верхней и нижней границ полости при одних и тех же параметрах вибраций. Рядом с верхней границей на шарик действует вибрационная сила притяжения, которая не дает телу упасть в поле силы тяжести. Расстояние между телом и стенкой полости превышает масштабы действия силы отталкивания. Рядом с нижней границей, в пределах вязких слоев Стокса, на тело действует подъемная сила, которая приподнимает шарик над стенкой.