Теплофизические и термогидромеханические особенности взаимодействия электромагнитного излучения со слабопоглощающими средами

• Автор: Хабибуллин, Ильдус Лутфурахманович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 365 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛО- МАССОПЕРЕНОСА В ПОЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
1.1. Основные уравнения, описывающие процессы тепло- и массопереноса при воздействии электромагнитного излучения на поглощающие среды.
1.2. Влияние внешнего электромагнитного поля на фазовые переходы.
1.3. Влияние внешнего электромагнитного поля на процессы переноса.
ГЛАВА 2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ, ВЕКТОР
ПОЙНТИНГА И ТЕПЛОВЫЕ ИСТОЧНИКИ В СЛОИСТОНЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ.
2.1. Электромагнитное поле в трехслойных й двухслойных средах.
2.2. Разрыв плотности тепловых источников и интерференционные эффекты в слоистых средах.
ГЛАВА 3. ТЕОРИЯ ТЕПЛОПЕРЕНОСА ПРИ НАЛИЧИИ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ПО ОБЪЕМУ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛА.
3.1. Двухмерные задачи, описывающие нагрев объемными тепловыми источниками.
3.2. Краевые задачи для уравнения теплопроводности с учетом молекулярного тсплопереноса, конвекции, теплообмена с окружающей средой и объемных тепловых источников.
3.3. Циклический нагрев сред электромагнитным излучением.
3.4. Аналитическое и численные решения задачи о нагреве движущихся сред электромагнитным излучением.
3.5. Модели теплообмена с окружающей средой при электромагнитном нагреве сред в адиабатическом приближении.
ГЛАВА 4. ДИНАМИКА ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ В СЛОИСТОНЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ В ПОЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
4.1. Нагрев электромагнитным излучением слоистых движущихся сред разделенных подвижной границей раздела.
4.2. Динамика температурного поля в слоистых движущихся средах при наличии неподвижной границы раздела.

ГЛАВА 5. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ НАГРЕВЕ СРЕД ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
5.1. Теория электромагнитного нагрева сред с учетом зависимости показателя поглощения от температуры
5.2. Особенности динамики нагрева в нелинейном режиме движущихся сред
5.3. Аналитическое решение уравнения теплопроводности при поглощении электромагнитного излучения в просветляющейся среде. 180 ГЛАВА 6. ДИНАМИКА ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ПРИ НАГРЕВЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
6.1. Модели фронтового фазового перехода
6.2. Модели объемного фазового перехода. 210 ГЛАВА 7. ТЕРМОУПРУГИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ НАГРЕВЕ СРЕД ОБЪЕМНЫМИ
ТЕПЛОВЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
7.1. Динамическая задача термоупругости при нагреве сред электромагнитным излучением. "229
7.2. Термоупругие эффекты в поглощающих средах, содержащих малые частицы
ГЛАВА 8. ФИЛЬТРАЦИЯ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ В ПОЛЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
8.1. Плоско-одномерная фильтрация высоковязкой жидкости при электромагнитном нагреве
8.2. Плоско- радиальная фильтрация высоковязкой жидкости при электромагнитном нагреве
8.3. Фильтрация вязкопластической жидкости в поле электромагнитного излучения
8.4. Моделирование нагрева призабойной зоны газовых скважин электромагнитным излучением
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы. Диссертационная работа посвящена исследованию термогидродинамических и термоупругих процессов в однофазных и многофазных средах, инициируемых внешним электромагнитным воздействием. С точки зрения электродинамики, среды являются слабопоглощающими электромагнитное излучение (несовершенные диэлектрики). Воздействие внешнего электромагнитного излучения на такие среды проявляется в их объемном нагреве и в связанном с этим процессом изменении их термодинамического состояния.
Особенность рассматриваемых процессов заключается в том, что скорость распространения электромагнитных волн в материальных средах на много порядков больше характерной скорости процессов тепломассопереноса. Данное обстоятельство является интересным с практической точки зрения, так как позволяет управлять физическим состоянием среды посредством изменения параметров излучения (интенсивностью и частотой) и времени его воздействия (внешнее управление).
Следующей особенностью является то, что воздействие электромагнитного излучения на материальные среды . сопровождается проявлением множества прямых и обратных связей между электромагнитным полем и полями других физических величин - температуры, давления, механических напряжений и деформаций, концентраций компонент и т.д. Эти связи, как правило, имеют нелинейный характер и инициируют эффекты самоорганизации. В рамках макроскопического подхода основными нелинейными эффектами являются: изменение диэлектрических свойств среды в зависимости от температуры, изменение этих свойств в зависимости от агрегатного состояния сред в процессе фазовых превращений, изменение пространственно-временного распределения плотности тепловых источников в движущихся слоисто-неоднородных средах. Эти эффекты обуславливают изменение диссипативного (показатель поглощения) и волнового (волновой

Характерной особенностью этих эффектов является их увеличение с ростом дипольных моментов молекул и напряженности внешнего ПОЛЯ. Частотная зависимость для различных сред является неоднозначной, однако, при воздействии ВЧ поля эффекты наиболее заметно проявляются в области частотной дисперсии. Аналогичные эффекты обнаружены при экспериментальном исследовании вязкости и поверхностного натяжения нефтей при воздействии ВЧ полей [153].
Физические причины этих явлений в настоящее время изучены недостаточно, тем не менее, можно указать ряд механизмов этих процессов. Так, в разреженных средах (газах) влияние внешнего поля на коэффициенты переноса (т.н. эффект Зентфлебена) обусловлено возбуждением во внешнем поле вращательных степеней свободы молекул. При этом в кинетическом уравнении Больцмана, описывающем процессы переноса в таких средах, появляется дополнительное слагаемое, пропорциональное моменту силы, действующей со стороны поля на частицы [94,70]. В основе эффекта Зентфлебена лежит зависимость сечения взаимодействия несферичных молекул от их ориентации (угла между направлением относительной скорости сталкивающихся молекул и их моментами вращения). Внешние электрическое и магнитное ноля вызывают прецессию дипольных или магнитных моментов молекул, в результате происходит увеличение сечения взаимодействия и коэффициентов переноса. В переменном электрическом поле наблюдается резонансное изменение коэффициента теплопроводности полярного газа [21].
Увеличение вязкости жидкостей во внешнем поле связывается с усилением корреляции молекул ближайшего окружения и соответственно - с увеличением энергии их взаимодействия [146,130].
Изменение коэффициента диффузии в неоднородном поле можно объяснить исходя из общей теории диффузии во внешнем силовом поле [94]. Во внешнем неоднородном электрическом поле на полярные молекулы с дипольным моментом ё действует сила =(ёУ)Е [181]. Молекулы под