Введение к работе
Актуальность работы. Дисперсные системы, такие как взвеси твердых частиц в жидкости, газовзвеси, газожидкостные смеси, широко распространены в природе и в различных областях человеческой деятельности. По сравнению с однофазными, такие системы являются с одной стороны более сложными, с другой – могут при определенных условиях приводить к интересным физическим эффектам, связанным с неоднофазностью среды. Изучение поведения неизотермических взвесей в переменных силовых полях представляет значительный теоретический и практический интерес.
С теоретической точки зрения, проблема остается практически не изученной. Причина этого состоит в том, что даже в случае отсутствия вибрационных ускорений, система уравнений, полученная в рамках традиционных приближений Буссинеска, содержит асимптотически малые, и асимптотически большие параметры. Здесь даже в случае, когда полость, заполненная двухфазной средой, совершает линейные гармонические колебания, следует ожидать новых эффектов, связанных с переносом массовой концентрации примеси.
С другой стороны, результаты, полученные в ходе теоретического исследования, могут быть использованы при решении проблем интенсификации ряда технологических процессов, управления устойчивостью гидродинамических систем с помощью добавления примеси.
Цель работы
изучение устойчивости конвективных течений запыленной среды в условиях вибраций конечной частоты при однородном распределении примеси по всему объему, занимаемому дисперсной средой;
изучение устойчивости конвективных течений запыленной среды в условиях вибраций высокой частоты при однородном распределении частиц во всем объеме среды;
изучение устойчивости конвективных течений запыленной среды в условиях вибраций конечной частоты с учетом эффектов, связанных с переносом массовой концентрации примеси.
Научная новизна результатов
впервые получена одножидкостная модель конвективной динамики двухфазной среды в условиях вибраций конечной частоты;
решена задача о параметрическом возбуждении вторичного течения в вертикальном слое жидкости в присутствии мелких твердых частиц при однородном распределении частиц во всем объеме среды;
впервые получена одножидкостная модель осредненных уравнений, описывающая поведение неизотермической взвеси под действием высокочастотных линейно–поляризованных вибраций в статическом поле тяжести;
решена задача устойчивости конвективных движений в вертикальном слое двухфазной среды в условиях вибраций высокой частоты при однородном распределении примеси по всему объему, занимаемому дисперсной средой; исследованы свойства возмущенных уравнений;
впервые получены уравнения конвективной динамики двухфазной среды в условиях вибраций конечной частоты в приближении малых значений массовой концентрации примеси с учетом эффектов, связанных с ее неоднородным распределением;
решена задача устойчивости горизонтального слоя двухфазной среды при наличии вертикальных вибраций конечной частоты.
Автор защищает:
вывод одножидкостной модели конвективной динамики двухфазной среды в условиях вибраций конечной частоты;
результаты исследования задачи о параметрическом возбуждении вторичного течения в вертикальном слое жидкости в присутствии мелких твердых частиц при однородном распределении частиц во всем объеме среды;
вывод одножидкостной модели осредненных уравнений, описывающей поведение неизотермической взвеси под действием высокочастотных линейно–поляризованных вибраций в статическом поле тяжести;
результаты исследования задачи устойчивости конвективных движений в вертикальном слое двухфазной среды в условиях вибраций высокой частоты при однородном распределении примеси по всему объему, занимаемому дисперсной средой;
вывод уравнений конвективной динамики двухфазной среды в условиях вибраций конечной частоты в приближении малых значений массовой концентрации примеси с учетом эффектов, связанных с ее неоднородным распределением;
результаты исследования задачи устойчивости горизонтального слоя двухфазной среды при наличии вертикальных вибраций конечной частоты.
Практическая ценность. Результаты, полученные во второй и четвертой главе, могут быть использованы при решении проблемы интенсификации теплообмена в химической промышленности и в различных технологических процессах, например, при выращивании кристаллов.
Результаты, полученные в третьей главе, могут быть частично использованы при решении проблемы управления конвекцией в ряде технологических процессов с помощью включения вибраций и добавления примеси. В одних случаях в условиях вибрационного воздействия, добавление к жидкости частиц приводит к повышению, а в других – к понижению устойчивости механического квазиравновесия или стационарного течения.
Достоверность результатов подтверждается сравнением с результатами других работ в общих областях параметров; использованием апробированных методов, зарекомендовавших себя в смежных областях; сравнение с экспериментом там, где это возможно; внутренней согласованностью результатов, получаемых при разных подходах.
Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались на Xth European and Vith Russian Symposium on Physical Sciences in Microgravity (June 1997, St.Peterburg); 11-й Международной зимней школе по механике сплошных сред (январь 1997 г., Пермь); Third International Conference on Multiphase Flow (June, 1998, Lyon, France); 12-й Международной зимней школе по механике сплошных сред (январь 1999 г., Пермь); Восьмом Всероссийском Съезде по теоретической и прикладной механике (июнь 2001г., Пермь), а также неоднократно на Пермском городском гидродинамическом семинаре имени Г.З. Гершуни и Е.М. Жуховицкого.
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 14 печатных работах [1–14], в том числе, 2 статьи [1,2], входящие в список ВАК. В статьях [1–3] автор принимал участие в выводе основных уравнений для конвективных движений в запыленной среде в условиях вибрации конечной частоты, постановке задачи, основных вычислениях и обсуждении результатов; в работах [4–9] автору принадлежит вывод определяющих уравнений, участие в постановке задачи и основных вычислениях; работы [10–14] выполнены автором самостоятельно.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, насчитывающего 101 название.
