Влияние градиента плотности в газожидкостных пенах на распространение ударных волн

• Автор: Ху Хайбо
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1996
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 174 с.

Содержание

Введение
Глава 1. Газожидкостные пены и исследования
распространения ударных волн в пене
1.1 Характеристики пены
1.2 Структура пен
1.3 Синерезис пены в гравитационном поле
1.4 Взаимодействия ударных волн с пенами
1.5 Цель и задачи исследования
Глава 2. Экспериментальное исследование пены и
взаимодействия ударной волны с пеной
2.1 Исследование характеристик пен
2.2 Особенности взаимодействия ударных волн с пеной
2.3 Зона релаксации давления
Глава 3. Численное моделирование структуры пены
и течения жидкости (синерезиса) в пене
3.1 Форма канала Плато-Гиббса и характеристики пены
3.2 Доля жидкости, содержащейся в пленках
3.3 Распределение плотности пены по высоте
Глава 4. Моделирование взаимодействий ударных
волн с пенами неоднородной плотности
4.1 Моделирование с использованием модели
эффективного газа
4.2 Моделирование с использованием газокапельной
модели
Заключение
Литература
Введение
Газожидкостные пены представляют собой один из примеров дисперсных систем, изучение динамики которых, как одно из основных направлений механики многофазных сред, в последние годы получило интенсивное развитие. Интерес к исследованиям в этой области связан с широким распространением этих сред. Особенности строения пен обусловливают их специфические свойства, обеспечивающие широкое использование пен в различных отраслях промышленности. Одно из применений пен - пы-леподавление и экраниравание технологических взрывов. Необходимость защиты от последствий таких взрывов возникает в горнодобывающей промышленности, при сварке и резке взрывом. Водные пены служат в этих случаях как оболочки, ослабляющие взрывные ударные волны. Взаимодействие ударных волн с пеной приводит к изменениям физических свойств среды, которые в свою очередь влияют на формирование параметров потока. Поэтому запросы практики требуют понимания основных закономерностей таких нестационарных процессов. Проблема взаимодействия ударных волн с пенами представляет интерес и в чисто научном отношении, т.к. связана с формированием волновых движений в средах с выраженной структурой и сложной реологией.

Научная новизна:
1. Впервые экспериментально и численно исследовано влияние неоднородности плотности в газожидкостных пенах на особенности газодинамических возмущений, возникающих при воздействии ударных волн.
2. Впервые исследованы параметры пен и их влияние на формирование течения за фронтом ударной волны. Выявлены особенности изменения давления за фронтом волны и их взамосвязь с процессами разрушения пены и формирования газокапельной среды.
3. Проведено экспериментальное изучение динамики градиента плотности в пене, обусловленной действием силы тяжести. На основе построенной модели пространственной структуры пены по каналовой модели синерезиса проведены соответствующие расчеты.
4. С учетом градиента плотности в пенном столбе и пенной структуры проведено численное моделирование взаимодействия ударных волн с пеной по равновесной и газокапельной моделям.
На защиту выносятся:
— результаты исследования особенностей газодинамических возмущений при распространении ударных волн по газожидкостным пенам с неоднородным распределением плотности и различным временем жизни;
— результаты исследования релаксационной зоны давления в проходящей ударной волне;
— результаты экспериментального и расчетного исследований структурных и интегральных характеристик пены и их изменений в зависимости от плотности и времени выдержки;

низка. С увеличением времени выдержки пены общий характер распределения плотности пены по высоте сохраняется, но плотности по всей высоте падают и следовательно средняя плотность столба пены снижается.
На дне ударной трубы имеется отверстие, через которое жидкость, вытекшая из столба пены, удаляется и не накапливается под столбом пены. Объем вытекающей жидкости из столба пены Ут легко измерить. Полученные данные характеризуют интенсивность синерезиса при разных условиях. На рис. 2.3 представлены кривые вытекания жидкости из столбов пен при высотах пенного столба 190 мм, 300 мм и средних начальных плотностях пен ~ 30 и ~ 50 кг/м . Подобные эксперименты с подвешенным столбом пены проводились в работе [5], где определили разные характерные стадии вытекания. Из полученных в [5] результатов интересно отметить, что при высоте пенного столба больше некоторого критического значения все экспериментальные кривые вытекания, приведенные к общему объему жидкости в пенном столбе К, фактически ложатся на одну кривую, а в противоположенном случае с уменьшением высоты пенного столба начальные характерные стадии на кривых вытекания пропадают. На рис. 2.4 (а) представлены кривые вытекания жидкости из пенных столбов высотой 190 мм, но с разными плотностями. На рис. 2.4 (б) - типичные кривые вытекания (независимо от плотности) пенных столбов высотой 190 мм и 300 мм. Из этих кривых вытекания видно, что при Л. > 190 мм интенсивность Ут/У0 синерезиса на дне ударной трубы уже не зависит от высоты столба пены. Следовательно полученная закономерность вытекания при высоте столба пены >190 мм может использоваться для непосредственной оценки изменения средней плотности пенного столба и проверки результатов при моделирования синерезиса в