Экспериментальное исследование вибрационной динамики многофазных систем во вращающейся полости

• Автор: Сальникова, Анастасия Николаевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 126 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ДИНАМИКА ДВУХ ЖИДКОСТЕЙ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЦИЛИНДРЕ ПРИ ПРОДОЛЬНЫХ ВИБРАЦИЯХ
1.1. Экспериментальная установка и методика
1.2. Инерционные волны и возбуждаемые ими средние течения
1.3. Квазистационарный рельеф на границе раздела фаз
1.4. Обсуждение результатов
1.4.1. Вихревые потоки
1.4.2. Квазистационарный рельеф
ГЛАВА 2. ДВЕ ЖИДКОСТИ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЦИЛИНДРЕ ПРИ ПОПЕРЕЧНЫХ ВИБРАЦИЯХ
2.1. Экспериментальная установка и методика
2.2. Результаты эксперимента
2.3. Анализ результатов
ГЛАВА 3. ДИНАМИКА ЛЕГКОЙ СЫПУЧЕЙ СРЕДЫ В ЖИДКОСТИ
ВО ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ПОЛОСТИ ПРИ ПОПЕРЕЧНЫХ ВИБРАЦИЯХ
3.1. Методика эксперимента
3.2. Вибрационные потоки и форма столба сыпучей среды
3.3. Обсуждение результатов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение
Колебательные процессы, в частности, вибрации, характерны для всей живой н неживой природы - от клетки до сообществ организмов и от атома до галактик. Долгое время вибрации рассматривались в основном как вредный фактор - причина поломок, аварий, а также производственных заболеваний. И лишь в начале прошлого столетия берет отсчет период бурного развития вибрационной техники, без которой сейчас немыслим ряд важных производств при добыче и переработке полезных ископаемых, в химических технологиях, в металлургии, в промышленности строительных материалов и при строительстве различных сооружений [1, 2]. Большое, еще недостаточно изученное влияние оказывают вибрации на живые организмы.
В связи с этим в настоящее время интенсивно развивается сравнительно новый раздел механики и теории нелинейных колебании -вибрационная механика. Она служит, в частности, теоретической основой вибрационной техники и технологии [3].
В основе вибрационной механики лежит метод разделения медленного и быстрого движений, последующее осреднение которых приводит к сравнительно простым уравнениям. Такой метод возможен в случае высокочастотных вибраций, когда период вибраций значительно меньше промежутка времени, на котором рассматривается движение системы, и амплитуда значительно меньше характерного размера системы. Впервые данный метод был предложен академиком П.Л. Капицей в 1951 г. [4] для решения задачи о маятнике с вибрирующей осью подвеса. В [4] установлено, что неустойчивое в статическом поле тяжести верхнее положение равновесия маятника приобретает устойчивость при вертикальных вибрациях высокой частоты. Этот эффект обусловлен действием вибрационных сил, нахождение которых является одной из основных задач в вибрационной механике. В [4] также
показано, что вертикальные колебания точки подвеса с частотой, равной или кратной собственной частоте колебаний маятника, нарушают устойчивость нижнего положения равновесия, приводя к параметрическому резонансу.
Данный пример наглядно показывает различное влияние вибраций на объект воздействия: в одних случаях они приводят к стабилизации равновесных состояний, в других, напротив, - к дестабилизации. Таким образом, представляется возможным управление различными системами при помощи вибраций.
Вибрационная гидромеханика изучает осредненную динамику жидкостей под воздействием осциллирующих силовых полей. Вибрационное воздействие на неизотермические гидродинамические системы приводит к конвекции. Уравнения вибрационной тепловой конвекции в полости, совершающей поступательные вибрации высокой частоты, были получены методом осреднения в [5]. О вибрационном механизме тепловой конвекции говорится в [6]. В последующие десятилетия вибрационная конвекция активно исследовалась. Многие результаты исследований обобщены в монографии [7].
При вибрационном воздействии на неоднородные по плотности изотермические гидродинамические системы возможны различные осредненные эффекты. Например, левитация включений большой по сравнению с жидкостью плотности [8], взаимодействие тел со стенками полости [9-13] и др., то есть все то, что является результатом проявления средних массовых сил вибрационной природы, вызванных гидродинамическим взаимодействием тел друг с другом и с осциллирующими потоками жидкости. При высокочастотных колебаниях твердого тела в жидкости происходит генерация осредненной завихренности в вязком слое Стокса 8 = /2'/<Г2у вблизи тела. Здесь V — кинематическая вязкость жидкости, - циклическая
Опыты повторяются при различных значениях частоты вращения и параметров вибраций, которые варьируются в интервалах / =0-25 об/с, /у = 0-35 Гци 6 = 1.7-12.5 мм.
1.2. Инерционные волны и возбуждаемые ими средние течения
При медленном вращении полости, когда более плотная жидкость под действием силы тяжести остается в нижней части контейнера, горизонтальная форма границы раздела незначительно нарушается лишь вследствие частичного увлечения жидкости вращающейся стенкой полости. С повышением скорости вращения происходит центрифугирование: под действием центробежной силы инерции более-плотная жидкость равномерно распределяется вдоль стенки полости, граница раздела жидкостей приобретает цилиндрическую форму, (фиг. 1.2). Для рассматриваемой пары жидкостей частота центрифугирования составляет У) =5.0 об/с при с/ = 0.5 и /.=8.0 об/с при q = 1.
В лабораторной системе отсчета ось столба легкой жидкости под действием силы тяжести немного смещена вниз относительно оси вращения. В системе отсчета полости столб легкой жидкости совершает круговые поступательные колебания: ось столба движется по
окружности в направлении, противоположном направлению вращения кюветы. При этом граница раздела медленно перемещается в направлении колебаний. Такое отстающее движение возбуждается азимутальной волной, вызванной действием силы тяжести [69, 72]. Скорость движения Д/ маркеров, расположенных на границе раздела жидкостей, постоянна и практически одинакова во всех точках границы