Монодисперсные системы и технологии : Физико-технические основы генерации и распространения монодисперсных потоков

• Автор: Дмитриев, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 304 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Обзор основных результатов в области монодисперсных систем и технологий
1.1. Монодисперсные системы и технологии
1.2. Состояние вопроса: капиллярная гидродинамика и особенности капиллярного распада жидких струй
1.2.1. Диспергирование жидкостей: различные механизмы распада
ограниченных объемов жидкостей
1.2.2. Капиллярный распад и вынужденный капиллярный распад струй (исторические замечания)
1.3. Обзор основных исследований и разработок
1.3.1. Капиллярная неустойчивость струй
1.3.1.1. Физические явления, основные параметры и критерии
1.3.1.2. Подкапывающий водопроводный кран (дриппинг-мода)
1.3.1.3. Экспериментальные результаты
1.3.1.4. Линейная теория капиллярной неустойчивости струй
1.3.1.5. Анализ подходов к математическому описанию капиллярного распада струй
1.3.1.6. Капиллярная неустойчивость струй при осложняющих воздействиях (объемная и поверхностная реология, влияние тепломассообмена, влияние окружающей среды)
1.3.1.7. Нелинейная теория капиллярной неустойчивости струй (общее описание)
1.3.1.8. Нелинейная эволюция гармоник, генерация основных капель и капель-сателлитов
1.3.1.9. Численное моделирование капиллярной неустойчивости струй
1.3.2. Формирование монодисперсных потоков капель
1.3.2.1. Генерация капель в форме упорядоченных потоков
1.3.2.2. Взаимодействие капель и их потоков (устойчивость потоков, взаимодействие капель между собой и их взаимодействие с полями и поверхностями)
1.3.2.3. Термогидродинамика монодисперсных капельных потоков
1.3.3. Капиллярная неустойчивость в электрическом и магнитном полях
1.3.4. Капиллярный распад жидкометаллических струй в окислительной
атмосфере
1.3.5. Другие сопутствующие проблемы
1.3.5.1. Конвективная неустойчивость струи
1.3.5.2. Воздействие на струю модулированных тепловых и других источников
1.3.6. Монодисперсные системы и технологии
1.3.5.1. Общее описание монодисперсных систем и технологий и их классификация
1.3.5.2. Научное приборостроение
1.3.5.3. Новые материалы
1.3.5.4. Энергетика и электроника
1.3.5.5. Биология, медицина и биотехнология
1.3.5.6. Специальное машиностроение
1.3.5.7. Космические технологии
1.4. Постановка основных задач исследования
ГЛАВА 2. Когерентные капельные потоки и монодисперсные структуры
2.1. Когерентные капельные потоки как новый тип макроскопической среды:
основные определения
2.1.1. Основные параметры капельной когерентной среды
2.1.2. Формирование когерентных капельных потоков различных веществ: методы и средства
2.1.3. Спонтанный, переходный и вынужденный капиллярный распад жидких струй
2.2. Геометрические структуры и морфология когерентных капельных потоков
2.2.1. Генезис когерентной пелены и геометрические структуры
2.2.2. Динамика управления когерентностью пелены (экспериментальные данные и анализ)
2.3. Степень монодисперсности когерентной капельной пелены и характеристики
разброса основных параметров
2.4. Устойчивость когерентных монодисперсных структур
2.5. Основные выводы
ГЛАВА 3. Термогидродинамика генерации капель при вынужденном
капиллярном распаде струй
3.1. Теория капиллярной неустойчивости струй в длинноволновом приближении (квазиодномерная модель капиллярного распада)
3.1.1. Основные уравнения для детерминированного описания
3.1.2. Основные уравнения для стохастического описания
3.1.3. Начальные условия при вынужденном капиллярном распаде
3.1.4. Конвективная капиллярная неустойчивость струи
3.2. Построение нелинейных решений уравнений квазиодномерного приближения для вынужденного капиллярного распада струй идеальной жидкости
3.2.1. Метод построения нелинейных решений квазиодномерного приближения
3.2.2. Результаты расчета нелинейной стадии капиллярного распада струи
3.2.3. Приближение малых начальных возмущений
3.3. Влияние внутреннего и внешнего шума на генерацию потоков капель при
ВКРС
3.4. Вынужденный капиллярный распад струй вязкой жидкости
3.5. Нелинейная эволюция гармоник и динамика образования сателлитов при сложном возбуждении
3.6. Моделирование вынужденного капиллярного распада струй стохастическим начальным возбуждением
3.6.1. Модель стохастического капиллярного распада тонких струй
3.6.2. Результаты стохастической модели и сравнение с экспериментом
3.7. Динамическое поверхностное натяжение и его влияние на эволюцию поверхности струй при капиллярном распаде
3.8. Влияние теплообмена с окружающей средой на капиллярную неустойчивость струй
3.8.1. Влияние теплообмена на капиллярную неустойчивость
3.8.2. Приближение больших чисел Пекле (Ре»
3.8.3. Приближение малых чисел Пекле (Ре«1)
3.8.4. Капиллярный распад тонких сильновязких струй в условиях теплообмена с окружающей средой
3.9. Результаты исследований и выводы
ГЛАВА 4. Вынужденный капиллярный распад жидкометаллических струй с
окисляющейся поверхностью

Описание многочисленных экспериментальных данных по капиллярному распаду струй и сопутствующим проблемам имеется в литературе [1,45-49] и ниже будут анализироваться только те из них, которые имеют непосредственное отношение к задачам настоящего исследования (эти данные, как правило, помещены в соответствующих разделах работы).
Особенности капиллярного распада струй при осложняющих условиях будут подробно описаны ниже.
1.3.1.4. Линейная теория капиллярной неустойчивости струй
Линейная теория капиллярной неустойчивости бесконечно протяженных жидких струй была развита впервые Рэлеем в 1878-1879гг. [16,17]. Для понимая последующих результатов, приведем здесь основные соотношения линейной теории (более подробно результаты линейной теории изложены в [1,39-42]).
Пусть бесконечная цилиндрическая струя идеальной жидкости движется вдоль оси со скоростью ур Наличие свободной границы делает ее цилиндрическую форму энергетически невыгодной: капиллярные силы должны приводить к уменьшению свободной поверхностной энергии, а следовательно вести к разбиению струи на более выгодные формы с минимальной поверхностью. Такая эволюция струи может быть рассмотрена как неустойчивость исходного состояния движения струи относительно малых осесимметричных возмущений, всегда имеющихся в окружающей среде или на начальном участке течения. Случай неосесимметричных возмущений, как показывает дополнительный анализ [1, 44], приводит к результату, что подобные возмущения затухают. Однако, при определенных условиях (см. ниже), неосесимметричные возмущения могут давать вклад в неустойчивость струи.
Исходные линеаризованные уравнения идеальной жидкости в цилиндрической системе координат имеют вид:
(1-1)
Эу, _ 1 др
(1.2)
д! р дг