Экспериментальное исследование вибрационной динамики центрифугированного слоя жидкости во вращающемся цилиндре

• Автор: Полежаев, Денис Александрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 107 с. : ил.

1. ВИБРАЦИОННОЕ ДВИЖЕНИЕ МАЛОВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ
1.1 Экспериментальная установка и методика
1.2 Вибрационное движение жидкости при постоянном наполнении
1.3 Движение жидкости при различных наполнениях
1.4 Обсуждение результатов
2. ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ НА ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ
2.1 Влияние вязкости на интенсивность вибрационных потоков
2.2 Трансформация резонансных областей существования волн при изменении вязкости жидкости
3. УСТОЙЧИВОСТЬ ВИБРАЦИОННОГО ДВИЖЕНИЯ
3.1 Границы устойчивости
3.1.1 Т ехника эксперимента
3.1.2 Результаты исследования
3.2 Структура надкритического течения
3.3 Обсуждение результатов эксперимента
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Интерес к изучению влияния вибраций на поведение гидродинамических систем обусловлен их естественным присутствием в многочисленных природных явлениях и технологических процессах. Вибрации часто являются неконтролируемым фактором, поэтому важно понять как они воздействуют на состояния механических систем. Длительное время считавшиеся нежелательным фактором, приводящим к разрушению конструкций, сегодня в промышленности вибрации искусственно создаются для управления техническими процессами [1, 2]. Изучение влияния вибраций на сплошные среды имеет особое значение в связи с интенсивным развитием космических технологий, в рамках которых ведется непрерывный поиск новых способов управления тепломассопереносом в условиях микрогравитации, где вибрации играют определяющую роль [3].
Отправной точкой в развитии вибрационной механики стала работа [4]. Разделение движения на быструю и медленную составляющие позволило решить задачу о маятнике с вибрирующим подвесом. В отсутствие вибраций подвеса маятник имеет одно устойчивое состояние равновесия - нижнее. Высокочастотные колебания точки подвеса могут привести к параметрической неустойчивости нижнего положения и к появлению новых положений равновесия.
Вибрационное воздействие на гидродинамические системы приводит к появлению осредненных эффектов. Возникновение осредненного (вторичного) движения жидкости возможно, когда амплитуда колебаний жидкости меняется вдоль твердой границы [5,6]. Установившееся вторичное течение называется “акустическим” и мало по величине по сравнению с основным движением. Примечательно, что скорость

“акустического” движения не зависит от вязкости жидкости. В пограничном слое Стокса, формируемом вблизи твердой поверхности осцилляционным течением, возникает циркуляция, направленная из области максимальной амплитуды колебаний и приводящая в движение окружающую жидкость.
Периодические течения, возникающие в жидкости при прохождении фронта бегущей волны, являются примером другого вида “акустических” течений, в которых фаза колебаний изменяется с координатой. В результате внутри пограничного слоя, возникающего вблизи твердой стенки, жидкость приобретает среднее движение, направленное у внешней границы слоя Стокса в сторону распространения волны.
Распространяющаяся в жидкости волна формирует осредненное движение и в отсутствие твердых границ [5,7]. Такой механизм формирования течения называется кинематическим. Элементы жидкости, участвующие в волновом процессе, движутся по незамкнутым траекториям, смещаясь в направлении распространения волны.
Вибрационное воздействие существенным образом влияет на поведение границы раздела жидкостей. В результате неустойчивости граница раздела деформируется, образуется квазистационарный рельеф, конфигурация которого определяется типом вибрационного воздействия [8, 9]. В зависимости от интенсивности вибраций возможно повышение устойчивости или дестабилизация течения жидкости.
Вибрационная тепловая конвекция изучает влияние вибраций на динамику неоднородной по плотности жидкости. Исследования в данной области начаты Г.З. Гершуни и Е.М. Жуховицким, обнаружен новый механизм тепловой конвекции - вибрационный [10]. Результаты теоретических исследований вибрационной тепловой конвекции обобщены в монографии [11].

азимутальном направлении встречными спиральными волнами. Поскольку результаты отдельных измерений Д/ в данной области сильно различаются, они не представлены в настоящей работе. Увеличение частоты вращения приводит к исчезновению волн: поверхность жидкости становится гладкой и невозмущенной, движение - двумерным.
6 18 /,Гц
Фиг. 1.13. Зависимость частоты вращения жидкости от частоты вращения полости (Я = 2.53 см;/ = 30 Гц, Ь = 0.21 мм) для q = 0.23, 0.32, 0.5 (1-3)
Увеличение / приводит к жесткому возбуждению обгоняющего движения (фиг. 1.13, переход в). В зависимости от д переход происходит при различных частотах вращения: чем больше д, тем выше критическая частота. После перехода на верхнюю ветвь интенсивность вибрационного движения монотонно понижается вплоть до порога мягкого возбуждения обгоняющего движения (а). При увеличении д граница а монотонно