Экспериментальное исследование условий возникновения и структуры свободноконвективных течений

• Автор: Путин, Геннадий Федорович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 207 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность проблемы и направление исследований
1.2. Цель работы
1.3. Новизна, научная и практическая значимость работы
1.4. Апробация работы и структура диссертации
2. ГРАВИТАЦИОННЫЕ СВОБОДНОКОНВЕКТИВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ
2.1. Возникновение конвекции в реальных жидкостях
2.2. Конвекция в ячейке Хеле-Шоу
2.3. Конвективные движения в кубической полости
2.4. Конвективные автоколебания в эллипсоиде
2.5. Конвекция в пористой среде
2.6. Возмущающие течения в горизонтальном слое
3. ТЕПЛОВАЯ КОНВЕКЦИЯ В ПЕРЕМЕННЫХ ИНЕРЦИОННЫХ ПОЛЯХ
3.1. Методика вибрационно-конвективного эксперимента
3.2. Конвективная устойчивость механического равновесия в горизонтальном слое при продольных вибрациях
3.3. Параметрический резонанс в нагреваемом сверху горизонтальном слое при поперечных вибрациях
3.4. Конвекция в горизонтальном слое при подогреве снизу
и поперечных инерционных ускорениях
3.5. Конвективная неустойчивость течений в вертикальном слое
в статическом поле
3.6. Конвекция в вертикальном слое при продольных горизонтальных вибрациях
3.7. Конвекция в вертикальном слое при вертикальных вибрациях

4. ТЕПЛОВАЯ КОНВЕКЦИЯ В МАГНИТНЫХ ЖИДКОСТЯХ
4.1. Методика эксперимента
4.2. Гравитационная конвекция в горизонтальном слое
4.3. Гравитационная конвекция в наклонном слое
4.4. Конвекция в горизонтальном слое в продольном
магнитном поле
4.5. Конвекция в наклонном слое в продольном горизонтальном магнитном поле
4.6. Термомагнитная конвекция в горизонтальном слое
в поперечном магнитном поле
4.7. Термомагнитная конвекция в вертикальном слое в поперечном магнитном поле
4.8. Установление барометрического распределения частиц
в магнитной жидкости
5. ТЕПЛОВАЯ КОНВЕКЦИЯ В НЕВЕСОМОСТИ
5.1. Лабораторное моделирование термоконвекции в условиях микрогравитации
5.2. Эксперименты на орбитальной станции “Мир” с датчиком тепловой конвекции “Дакон”
5.3. Изучение тепловой конвекции в окрестности термодинамической критической точки на ОС “Мир”
с помощью аппаратуры “ALICE”
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ВВЕДЕНИЕ
1.1. Актуальность проблемы и направление исследований
Свободная конвекция, обусловленная силами плавучести, широко распространена и часто бывает определяющей в самых разнообразных процессах природы и техники. Это делает важным изучение условий возникновения и пространственно-временной эволюции гравитационно-конвективных течений в различных ситуациях и при воздействии разных осложняющих факторов - переменных инерционных ускорений, вынужденного течения, пористой среды, неоднородности состава, магнитного поля, условий космического полета. Их изучение ведется в настоящее время очень интенсивно и составляет содержание целого ряда научных журналов и серий международных конференций. Настоящая работа, где изложены результаты экспериментальных исследований, выполненных в 1972 — 2000 г. г., состоит в постановке и решении широкого класса задач конвективной неустойчивости, расширяющих понимание и формирующих общие фундаментальные закономерности термогидродинамических систем.
В период 1975 - 1990 г. г. работа выполнялась в соответствии с Координационными планами АН СССР, Распоряжением Президиума АН СССР № 10103-Г от 02.02.1884, Постановлением ГКНТ №678 от 21.12.1983; в 1987 - 1990 г. г. - по Решениям Госкомиссии Совмина СССР № 133 от 20.03.1987 и Ха 254 от 4.07.1988. В течение последних десяти лет работа проводилась по программе "Университеты России" (1992), Межвузовской программе (1992), проектам Минобразования РФ (1992, 1994, 1996, 2000), Миннауки РФ (1995), грантам Российского фонда фундаментальных исследований 96-01-01267, 97-01-00559, 00-01-00450, поддержки ведущих научных школ 96-15-96084, 00-15-00112,

2.5. Конвекция в пористой среде
Как известно, жидкость или газ, насыщающие неоднородный по температуре проницаемый пористый массив, могут находиться в состоянии механического равновесия лишь в том случае, когда градиент температуры во всем объеме среды постоянен и ориентирован вертикально [1.2]. Если этот градиент направлен вниз и превышает некоторое критическое значение, равновесное состояние становится неустойчивым, и возникает конвективная фильтрация. Теоретический анализ конвективной устойчивости жидкости в подогреваемом снизу пористом цилиндре, выполненный для двумерных возмущений [1.53], обнаружил, что в результате бифуркации возникает однопараметрическоее семейство устойчивых стационарных режимов. Переход от механического равновесия к семейству стационарных конвективных режимов отмечен также в аналитическом исследовании [1.54]. В работе [1.55] показано, что причиной такого вырождения является так называемая косимметрия задачи. Численные расчеты семейств плоской конвекции в прямоугольных пористых контейнерах выполнены в [1.57, 1.58]. Настоящий раздел посвящен экспериментальному исследованию этого эффекта [2.37,2.38]. Значительное внимание уделено пространственным характеристикам конвективных течений.
Безразмерным критерием подобия, определяющим конвективную неустойчивость жидкости в пористой среде, является фильтрационное число Релея [1.2]
Ка = ё/ЗКП1у%т,