WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

В п. 2.1 приводится методика эксперимента, в п. 2.2 и п. 2.3 – результаты исследования и их анализ. Обнаружено возникновение круговых колебаний столба легкой жидкости относительно полости. Колебания могут происходить как в направлении вращения кюветы (при v / r > 1), так и в противоположном направлении (при v / r <1 ) и сопровождаются соответственно опережающим или отстающим азимутальным движением границы раздела фаз относительно полости. Показано, что движение генерируется инерционной волной, возникающей в системе резонансным образом.

Интенсивное азимутальное течение сопровождается осесимметричным изменением цилиндрической формы границы раздела и вторичным осевым движением жидкости. Для отстающего течения характерно увеличение диаметра столба около торцов полости (фиг. 6, а, v / r = 0.84), при этом вблизи границы раздела легкая жидкость движется от торцов полости к центру. При опережающем вращении столб сужается у торцов кюветы (фиг. 6, б, v / r =1.44), а легкая жидкость движется от центра к торцам вдоль границы а б раздела. Изменение формы столФиг. 6.

ба и осевое движение связаны с действием вязких слоев Экмана, возникающих вблизи торцов полости при наличии относительного вращения.

При интенсивных вибрациях на границе раздела формируется периодический рельеф в виде холмов, вытянутых вдоль оси вращения (фиг. 7, вода – а трансформаторное масло, L = 4.2 см, q = 1 ). Пространственный период рельефа уменьшается с повышением частоты вибраций. В случае, когда высота рельефа достигает значительной величины (фиг. 7, а, v / r = 2.18), в системе наблюдаются автоколебания, проявляющиеся в периодическом б Фиг. 7.

формировании и разрушении рельефа. При высоких частотах вибраций рельеф становится практически стационарным (фиг. 7, б, v / r = 2.48). Механизм образования рельефа связан с неустойчивостью Кельвина – Гельмгольца.

В третьей главе изучается поведение легкой сыпучей среды в жидкости во вращающемся горизонтальном циf, об/с линдре при поперечных колебаниях. Среды (раствор поваренной соли, 1 = 1.53 сСт, и частицы полистирола диаметром d = 0.4 ± 0.1мм, d = 0.92 ) находятся в центрифугированном состоянии. В п. 3.1 опи- e сывается методика эксперимента, в п. 3.2 и 3.3 приводятся результаты c a b и их анализ. Обнаружено слабое отстающее (фиг. 8, а – b, 8 12 fv, Гц fr = 10.5 об/с, b = 2.2 мм) и интен Фиг. 8.

сивное опережающее (c – d) азимутальное движение границы раздела фаз относительно полости, которое генерируется инерционной волной, возникающей в системе в условиях резонанса. Возбуждение движения происходит пороговым образом. Исчезновение опережающего движения (фиг. 8, d) при повышении частоты вибраций (1) и его возникновение (e) при понижении частоты (2) происходит с гистерезисом.

В случае интенсивного опережающего вращения а легкой фазы цилиндрическая граница раздела (фиг. 9, а) теряет устойчивость и принимает форму правильных многогранников (б, в). По мере повышения частоты вибраций число граней постепенно уменьшается от семи до трех, после чего столб вновь б принимает форму кругового цилиндра. За формирование многогранников отвечает механизм Шлихтинга, аналогичный механизму формирования ряби на песчаном дне водоема под действием бегущих поверхностных волн [Reis P.M., Mullin T. Phys. Rev. Letters, 2002, 89, 244301 (1–4)].

в При сравнительно больших амплитудах вибраций Фиг. 9.

на поверхности раздела сред, имеющей многогранную форму, появляется периодический осесимметричный рельеф в виде холмов и впадин (фиг. 10). Пространственный период рельефа увеличивается с повышением частоты вибраций. Как и в случае с двумя жидкостями относительное вращение легкой фазы приводит к изменению формы границы раздела – сужению у торцов полости при опережающем вращении (фиг. 10) и осевому вторичному течению жидФиг. 10.

кости.

Пороги определяются безразмерным Гv параметром Гv = b2 /(R22) (фиг. 11, v r 0.точки 1 – 8 соответствуют различным параметрам вибраций и вращения). Отстаюd щее движение существует при v / r 1 (с – b e). С повышением v область существоa вания движения расширяется по частоте.

0.6 1.0 1.v/ r Глубина гистерезиса (двойная штриховка) Фиг. 11.

растет с увеличением v.

Основные результаты и выводы 1. Впервые экспериментально исследовано поведение несмешивающихся жидкостей разной плотности во вращающемся горизонтальном цилиндре, совершающем продольные вибрации.

- Обнаружено возбуждение в легкой жидкости системы тороидальных вихрей, связанных с осесимметричной инерционной стоячей волной. Интенсивность потоков возрастает резонансным образом, когда на длину полости укладывается нечетное число полуволн. Волны наблюдаются в области частот v / r < 2. С увеличением v / r длина волны уменьшается.

- Обнаружено, что независимо от инерционных волн во всем интервале v / r на границе раздела жидкостей возможно пороговое возникновение квазистационарного рельефа в виде периодических осесимметричных гофр.

Порог определяется безразмерным вибрационным комплексом WH и понижается в увеличением относительной частоты v / r.

- Показано, что пространственный период рельефа уменьшается с частотой, за исключением сравнительно узкой области вблизи точки v / r = 2, где период рельефа увеличивается.

- Обнаружен рельеф с аномально большой длиной волны вблизи порога его возникновения при v / r > 2. Сделан вывод о том, что большая длина волны связана с высокой вязкостью легкой жидкости.

2. Впервые экспериментально исследована динамика несмешивающихся жидкостей разной плотности во вращающемся горизонтальном цилиндре, совершающем поперечные вибрации.

- Обнаружено возникновение отстающего и опережающего азимутального движения границы раздела фаз относительно полости, которое генерируется инерционной азимутальной волной и возникает резонансным образом.

- Показано, что направление азимутального движения определяется относительной частотой вибраций v / r. Отстающее движение существует при v / r <1, опережающее – при v / r > 1.

- Обнаружено, что интенсивное азимутальное течение сопровождается вторичным осевым течением жидкости и изменением цилиндрической формы границы раздела.

- Обнаружено, что при интенсивных вибрациях на границе раздела формируется рельеф в виде холмов, вытянутых вдоль оси вращения. Пространственный период рельефа уменьшается с повышением частоты вибраций.

3. Впервые экспериментально исследовано поведение легкой сыпучей среды в жидкости во вращающемся горизонтальном цилиндре, совершающем перпендикулярные оси вращения вибрации.

- Обнаружено азимутальное движение границы раздела фаз относительно полости, которое генерируется инерционной волной, возбуждаемой резонансным образом. В зависимости от частоты вибраций v / r граница раздела движется медленнее (если v / r <1) либо быстрее (при v / r > 1).

- Возбуждение движения происходит пороговым образом. Пороги определяются безразмерным вибрационным ускорением v и частотой v / r. С повышением v область частот, в которой существует движение, расширяется. Интенсивность движения увеличивается с повышением v.

- Обнаружено, что исчезновение опережающего движения при повышении частоты вибраций и его возникновение при понижении частоты происходит с гистерезисом. Глубина гистерезиса увеличивается с ростом v.

- Обнаружено, что относительное вращение столба сыпучей среды приводит к осевому вторичному течению жидкости, направление которого зависит от направления вращения легкой фазы. При отстающем вращении движение жидкости вдоль границы раздела направлено от центра полости к торцам, при опережающем – от торцов к центру.

- Обнаружено, что при интенсивном опережающем вращении легкой фазы граница раздела принимает форму правильной призмы, число граней которой уменьшается с ростом частоты вибраций. При интенсивных вибрациях на границе раздела сред, имеющей многогранную форму, появляется периодический осесимметричный рельеф в виде холмов и впадин. Пространственный период рельефа увеличивается с повышением частоты вибраций.

Публикации по теме диссертации 1. Иванова А.А., Сальникова А.Н. Динамика двухжидкостной системы во вращающемся горизонтальном цилиндре при продольных вибрациях // Изв.

РАН. МЖГ. 2007. № 3. С. 39–46.

2. Salnikova A., Kozlov N., Ivanova A., Stambouli M. Dynamics of rotating twophase system under transversal vibration // Microgravity sci. technol.

http://dx.DOI.org.10.1007/s12217-008-9052-1.

3. Ivanova A., Kozlov N., Salnikova A., Stambouli M. Dynamics of rotating twoliquid system under transversal vibration // Abstr. ELGRA Biennial Meeting.

Florence, Italy, 4th-7th September, 2007. Vol. 25. P. 175.

4. Сальникова А.Н. Динамика легкой сыпучей среды в жидкости во вращающемся цилиндре при поперечных вибрациях // Конвективные течения… Пермь: Перм. пед. ун-т, 2007. Вып. 3. С. 115–128.

5. Козлов В.Г., Сальникова А.Н. Экспериментальное исследование динамики двухжидкостной системы во вращающемся цилиндре, совершающем продольные вибрации // Конвективные течения… Перм. гос. пед. ун-т. Пермь, 2005. Вып. 2. С. 187–197.

6. Kozlov V.G., Salnikova A.N. Behavior of two liquid system in a rotating cavity subject to longitudinal vibrations // Abstr. 33 Summer School "Advanced Problems in Mechanics" (APM'2005). Russia. St. Petersburg: IPME RAS, 2005. P. 49.

7. Козлов В.Г., Сальникова А.Н. Граница раздела двух жидкостей во вращающемся горизонтальном цилиндре при вибрациях // Тез. докл. конф. «Актуальные проблемы механики сплошных сред». Пермь, 1–2 ноября 2005. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. С. 59–61.

8. Сальникова А.Н. Поведение двух несмешивающихся жидкостей во вращающемся цилиндре при осевых вибрациях // Мат. Междун. Юбил. конф. «НеЗаТеГиУс», Москва, 26 февраля – 5 марта 2006, С. 102–104.

9. Сальникова А.Н. Поведение двух несмешивающихся жидкостей во вращающемся цилиндре при осевых вибрациях // Proc. Intern. Conf. on Hydrodynamic Instability and Turbulence (ICHIT – 06), Moscow, Russia, 2006 (on CD) 10. Сальникова А.Н. Динамика двухжидкостной системы во вращающемся цилиндре при осевых вибрациях // Мат. 12-й Всерос. науч. конф. студентовфизиков и молодых ученых, Новосибирск, 23 – 29 марта 2006. С. 682–683.

11. Kozlov V.G., Salnikova A.N., Stambouli M. Vibrational dynamics of two immiscible liquids interface in rotating cylinder // Abstr. Intern. Conf. «Dynamic Days Europe 2006», Greece, Crete, Sept 2006. P. 73–12. Сальникова А.Н. Вибрационная динамика легкой сыпучей среды в заполненном жидкостью вращающемся горизонтальном цилиндре // Зимняя школа по механике сплошных сред (пятнадцатая). Сборник статей. В 3-х частях. Ч. 3.

Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С. 159–162.

13. Иванова А.А., Козлов H.В., Сальникова А.Н. Граница раздела несмешивающихся жидкостей во вращающемся цилиндре при поперечных вибрациях // Тез. докл. 3-й Всерос. конф. с участием заруб. ученых «Задачи со свободными границами: теория, эксперимент и приложения», Бийск, 2008, С. 47–48.

Подписано в печать. Формат 6084 1/16. Печать офсетная.

Усл.печ.л.. Тираж 100 экз. Заказ.

Отпечатано на ризографе ПГПУ. 614990, г. Пермь, ул. Сибирская, 24.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»