Движение твердой частицы в нелинейных волнах на поверхности жидкости

• Автор: Верхотуров, Анатолий Русланович
• Шифр специальности: 01.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Чита
• Количество страниц: 159 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Силы, действующие на твердую частицу
в волнах на поверхности жидкости
1.1. Силы, действующие на твердую частицу
со стороны жидкости
1.2. Волны на поверхности жидкости и их основные характеристики, влияющие на движение твердой
частицы
1.3. Определение сил, действующих на твердую
частицу в волнах
2. Математическая модель движения твердой частицы
в поверхностных волнах
2.1. Дифференциальные уравнения движения частицы
2.2. Дифференциальные уравнения движения частицы
с учетом поправки Осеена
3. Частные случаи движения частицы в поверхностных
волнах
3.1. Дифференциальное уравнение движения частицы
без учета затухания волн
3.2. Исследование уравнения движения методом
фазовой плоскости
3.2.1. Положения равновесия частицы на поверхности
волны
3.2.2. Фазовые траектории дифференциального уравнения
движения частицы

3.3. Движение частицы на поверхности
идеальной жидкости
3.3.1. Движение частицы без учета вязкого сопротивления и собственного циклического
движения жидкости
3.3.2. Движение частицы на поверхности идеальной
жидкости в общем случае
3.4. Численное интегрирование дифференциального
уравнения движения частицы
3.4.1. Основные цели и последовательность проведения
расчетов
3.4.2. Результаты численного решения дифференциального
уравнения движения частицы
3.4.3. Сравнение численных и аналитических решений
4. Экспериментальное исследование движения частиц
в поверхностных волнах
4.1. Описание экспериментальной установки
4.2. Порядок проведения и результаты эксперимента
4.3. Сравнение экспериментальных и теоретических
результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Процессы перемещения твердых тел и частиц под действием вибраций получили широкое распространение в различных областях техники и технологии.
Одним из условий успешного применения и развития современных вибротехнологий явились глубокие исследования в области теории колебаний и виброперемещений, результаты которых отражены в работах И.И.Блехмана, Г.Ю.Джанелидзе, И.И.Артоболевского, И.И.Быховского, И.Ф.Гончаревича, В.О.Кононенко, Я.Г.Пановко, Р.Ф.Нагаева,
Р.Ф.Ганиева, Л.Е.Украинского, К.В.Фролова и других известных отечественных и зарубежных ученых.
Среди различных направлений в теории вибрационного движения важное место занимают исследования по динамике твердых тел, частиц и взвесей в жидкой среде в волновых или вибрационных полях. Современные исследования и обзор результатов в этой области наиболее полно были даны в работах [26,30] и других. Эти исследования обусловлены необходимостью решения ряда актуальных задач, связанных с проблемами рационального природопользования , защиты окружающей среды, создания современных комбинированных технологий добычи полезных ископаемых и разработки техногенных месторождений и другими задачами.
Применение вибраций в физических процессах, объектом которых являются многофазные среды, может приводить к различным эффектам , таким, как направленное перемещение твердых частиц в жидкости, группирование их в определенной области, разделение частиц по плотности, затопление или всплытие твердых тел, эффект псевдоожижения, изменения плотности материалов и их очистка и другие [26].
В представляемой диссертационной работе исследуется движение твердого плавающего тела ( частицы ) в однородной жидкой среде под дей-

отклонение частицы от профиля волны по каким-либо причинам в реальных условиях не отразится на характере движения частицы.
Размеры частицы ограничиваются таким образом, чтобы ее радиус был существенно меньше амплитуды и длины волны, г « а, г« Л, поскольку при соизмеримых г, а, Л для решения задачи необходимо применять иные методы [10, 44, 55, 57, 86, 87] и другие, названные во введении и п.1.1.
Ограничение начальной скорости частицы связано с требованиями безотрывности движения, а также отсутствия глиссирования частицы. При условии существования потенциального движения жидкости отрыв частицы от поверхности волны невозможен, если сама волна не достигает состояния опрокидывания. Как известно, предельная волна Стокса в естественных условиях имеет крутизну Кр= 1/13.8 [87].
Условие малости колебаний частицы в нормальном направлении к профилю волны при движении в вязкой жидкости и соблюдении предыдущих условий будет выполняться при достаточных значениях к*.
Данным условиям удовлетворяют такие частицы, плавающие на поверхности жидкости, как, например, пузырек воздуха с прилипшей к нему частицей руды, образующийся в процессе обогащения руд во флотационной установке, легкий пластмассовый шарик, частицы пенопласта, древесные опилки, щепа, сгусток мазута на поверхности воды или технологического раствора , частица шлака на поверхности расплавленного металла и другие частицы, движущиеся в жидкости.
Задача о движении серфинга в морских волнах также может быть рассмотрена, в рамках принимаемых ограничений, с помощью предлагаемой модели.
Движение материальной точки, которая во все моменты времени должна находиться на заданной поверхности, зависит только от тех сил, ко-