Двумерные волны в пузырьковой жидкости

• Автор: Гималтдинов, Ильяс Кадырович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 246 с. : ил.

Глава 1. Обзор экспериментальных и теоретических исследований по динамике акустических и нелинейных волн в жидкости, содержащей зоны с пузырьковой смесыо. Основные уравнения
1.1. Обзор экспериментальных работ
1.2. Теоретические исследования
1.3. Основные уравнения для смеси жидкости с газовыми пузырьками
Глава 2. Основные положения методики расчета
2.1. Уравнения движения в переменных Лагранжа
2.2. Принцип построения разностной схемы
2.3. Метод преобразования Фурье
2.4. Начальные и граничные условия
2.5. Тестовые расчеты и сравнение с экспериментом
Глава 3. Динамика одномерных волн в жидкости при наличии двухфазной зоны
3.1. Динамика акустических волн в жидкости при наличии пузырьковой завесы
3.1.1. “Тонкая” завеса
3.1.2. “Толстая” завеса
3.2. Нелинейные волны в жидкости, содержащей пузырьковую завесу
Глава 4. Эволюция волн давления в жидкости при наличии в ней пузырьковой области конечных размеров
4.1. Влияние параметров пузырьковой области и импульса на эволюцию волнового сигнала
4.2. Проявление нелинейных эффектов
4.3. Воздействие импульсов на твердую стенку, частично покрытую пузырьковой областью
4.4. Динамика двух волновых импульсов в пузырьковой жидкости
4.5. Распространение локализованного импульса в пузырьковой жидкости

4.6. Динамика волн давления в прямоугольном канале с жесткими боковыми стенками с неоднородным в поперечном направлении объемным содержанием
Глава 5. Волны в химически активных пузырьковых средах
5.1. Пузырьковая детонация (обзор)
5.2. Стационарная детонация в пузырьковой среде
5.3. Динамика детонационных волн в неоднородной пузырьковой жидкости
5.4. Переход пузырьковой детонации в “чистую” жидкость и воздействие импульсным давлением на активную пузырьковую среду через “чистую” жидкость
5.5. Взрыв пузырьковой завесы с горючей смесью газов при воздействии импульсом давления
5.6. Возникновение и эволюция детонационной волны в неоднородной по объемному содержанию пузырьков области
Глава 6. Волны давления в трубе, заполненной пузырьковой смесью с неоднородным распределением пузырьков по сечению
6.1. Основные уравнения и методика расчета
6.1.1. Эйлеровы переменные
6.1.2. Лагранжевы переменные
6.1.3. Начальные и граничные условия
6.1.4. Разностная схема
6.2. Результаты расчетов
6.2.1. Гомогенное распределение пузырьков
6.2.2. Кольцевая структура
6.2.3. Пузырьковое ядро
6.3. Эволюция волн в трубе, заполненной жидкостью, при наличии
в ней газожидкостных кластеров
6.4. Динамика детонационных волн в трубчатом кластере
Заключение
Литература

Актуальность темы. Значительный интерес исследователей к проблемам и задачам механики пузырьковых сред обусловлен широким распространением таких систем в природе и их интенсивным использованием в современной технике. Пузырьковая жидкость широко встречается в природе и является весьма распространенной рабочей средой в ряде отраслей народного хозяйства, таких, как теплоэнергетика, криогенная техника, химическая, нефтегазодобывающая и другие отрасли промышленности. При этом наиболее интересными и важными являются волновые процессы в пузырьковых жидкостях, носящие нестационарный и многомерный характер. Определяющим механизмом при распространении волн давления в пузырьковых жидкостях в наиболее интересных с точки зрения практики ситуациях является диссипация из-за неравновесного теплообмена между газом в пузырьках и жидкостью, кроме того, может происходить явление усиления волн, обусловленное локальной деформационной инерцией пузырьковой смеси. Импульсные волны могут затухать в процессе эволюции в результате конкуренции нелинейных, диссипативных и дисперсионных эффектов. Знание закономерностей протекания волновых процессов позволяет конструировать пузырьковые экраны, способные эффективно демфи-ровать динамическое воздействие ударных волн на преграды в жидкостях.
Пузырьковая жидкость с горючей смесью газов (вода с пузырьками гремучего газа или смесыо углеводородов с кислородом) является взрывчатым веществом (ВВ), в котором может возникать детонационная волна с амплитудой, доходящей до сотни атмосфер, при воздействии импульсом давления порядка десяти-двадцати атмосфер. Массовая калорийность такого ВВ па шесть и более порядков ниже, чем обычных твердых, жидких и газообразных ВВ. Такие низкокалорийные ВВ являются эффективным средством для усиления и поддержания волн, а также для кратковременного повышения давления в локальных зонах. Кроме того, в горючих жидкостях, содержащих завесы с паро-воздушными пузырьками, резкие толчки при транспортировке могут способствовать образованию детонационных волн, приводящих к аварийным ситуациям.
К настоящему времени одномерные нелинейные и детонационные волны в пузырьковой жидкости теоретически и экспериментально достаточно подробно изучены. Но большинство реальных задач на практике являютРис. 3.1. Схема задачи
В случае, когда за завесой расположена абсолютно жесткая стенка, полагаем v^ = 0, и при этом р^ выражает давление, которое испытывает стенка.
Пусть плоская гармоническая волна падает на отражающую поверхность. Тогда движение слева от отражающей поверхности (х < 0) является наложением двух волн [48]: падающей
р^ = A^exp[i(Kx - ut), v^ = А^ехр[г(Кх — cot)], (3.1.6)
и отраженной
р^ = A^exp[i(-Kx - tut)], = A[^exp[i(-Kx - ut)], (3.1.7)
а справа от отражающей поверхности (,х > 0) имеется лишь одна прошедшая волна
p(G) = A^exp[i{Kx - ut), v{G) = Af]exp[i(Kx - ut), (3.1.8)
где К = üj/Ci - волновое число. При эггом амплитуды давлений и скорости на основании уравнений (3.1.3) связаны соотношениями:
4°> = Ас,40), 4Я) = -Аолр, 4f> = Аа4й>. (зл.ш
Связь между тремя волнами (падающей, отраженной и проходящей) определим граничными условиями (3.1.4) и (3.1.5) на отражающей поверхности.