Введение к работе
Актуальность темы. Диссертационная работа посвящена исследованию перистальтического течения жидкости в канале с заданной волной давления на границе. В большинстве работ о перистальтическом транспорте из соображений удобства задается закон изменения координаты стенки. Однако, в стенках полых органов (пищеводе, тонкой и толстой кишке, мочеточечнике, лимфатических сосудах), работа которых основана на переносе вещества по перистальтическому механизму, присутствуют барорецепторы - сенсоры, воспринимающие давление в пристеночном слое жидкости и рефлекторно регулирующие просвет сосудов. Для моделирования поведения таких биологических систем более адекватным представляется подход, в котором задается волна давления на границе. Такой подход, реализованный в диссертационной работе, позволяет обнаружить и описать новые, не исследованные ранее эффекты.
В диссертации также рассмотрено влияние поперечных пульсаций стенок канала на перенос вещества под действием перепада давления. Такая задача возникает при определении вязкости жидкости методом сжимаемых каналов ("squeezing flow viscometry"). Подобные задачи также часто встречаются при исследовании различных биологических систем, в частности, движении смазки в суставах или в микрососудах работающих мышц.
Исследовано также влияние звука на взаимодействие падающей твердой частицы и всплывающего газового пузырька в жидкости. Актуальность этой задачи связана с важностью поиска путей повышения эффективности флотации, метода обогащения, основанного на захвате минеральных частиц пузырьками.
Все сказанное позволяет сделать вывод об актуальности диссертационной работы в целом.
Целями диссертационной работы являются изучение течения жидкости в канале с заданной волной давления на границе, исследование влияния вибраций на течение жидкости в канале с заданной волной давления на границе, изучение влияния поперечных пульсаций стенок канала на перенос вещества в вертикальном канале под действием перепада давления и силы тяжести, исследование влияния сжимаемости на течение жидкости под действием силы тяжести в вертикальном канале с пульсирующими стенками, исследование влияния звука на радиус столкновения твердой частицы с всплывающим в жидкости газовым пузырьком. Научная новизна работы:
1. Получено аналитическое решение задачи о течении жидкости
в канале с заданной волной давления на границе в случае произвольных скоростей распространения волны и волновых чисел. Определены зависимости расхода жидкости от параметров задачи.
2. Впервые изучено влияние вибраций на течение жидкости в
канале с заданной волной давления на границе. Определены условия,
при которых вибрации способствуют увеличению транспорта жидко
сти по перистальтическому механизму. Установлено, что наибольшее
влияние на перенос жидкости вибрации оказывают в случае совпаде
ния частот вибраций и волны давления на стенке.
3. Исследовано влияние поперечных пульсаций стенок на
перенос вещества под действием перепада давлений в случае
конечных частот пульсаций. Обнаружено, что в этом случае пульсации
уменьшают расход жидкости, а не увеличивают, как это имеет место в
исследованном ранее другими авторами случае малых частот.
-
Впервые исследовано влияние сжимаемости на перенос вещества под действием перепада давления в канале с пульсирующими стенками. Обнаружено возникновение независящей от времени неоднородности плотности в канале.
-
Исследовано влияние звука на взаимодействие твердой частицы и газового пузырька, всплывающего в потоке жидкости в гравитационном поле. Найдено, что воздействуя звуком, можно увеличить вероятность захвата частиц пузырьками определенного радиуса. Научное и практическое значение работы. Результаты исследования перистальтического течения с заданной волной давления на границе могут быть использованы для анализа причин возникновения патологий органов, работа которых основана на переносе вещества по перистальтическому механизму.
Результаты исследования течения в канале с заданным перепадом давления при наличии поперечных пульсаций стенок могут быть использованы для объяснения особенностей кровоснабжения работающих мышц. Их можно также использовать для повышения эффективности работы насосов и увеличения точности определения вязкости методом сжимаемых каналов.
Научное значение представленных в диссертации исследований течения в канале с заданным перепадом давления при наличии поперечных пульсаций стенок и перистальтического течения с заданной волной давления на границе заключается в том, что найдены решения, которые являются более общими в сравнении с известными.
Научное значение исследования влияния звука на взаимодействие твердой частицы и газового пузырька состоит в обнаружении того, что при определенных условиях даже звук низкой интенсивности
оказывает влияние на взаимодействие пузырька и частицы. Этот результат может быть использован для повышения эффективности обогащения руды методом флотации. Автор защищает:
-
Результаты исследования перистальтического течения с заданной волной давления на границе в случае произвольных скоростей распространения волны и волновых чисел.
-
Результаты исследования влияния вибраций на перистальтическое течение с заданной волной давления на границе.
-
Результаты исследования течения в канале с заданным перепадом давления при наличии поперечных пульсаций стенок в случае конечных частот пульсаций.
-
Результаты исследования влияния звука на взаимодействие твердой частицы и газового пузырька, всплывающего в потоке жидкости, в гравитационном поле
Достоверность результатов подтверждается соответствием известным теоретическим и экспериментальным данным и согласием результатов, полученных разными методами и с использованием разных подходов.
Публикаций по теме диссертации. Результаты диссертационного исследования опубликованы в 16 печатных работах: в 8 статьях, из которых 3 статьи [1-3] опубликованы в рецензируемых научных журналах, включенных Высшей аттестационной комиссией России в список изданий, рекомендуемых для опубликования основных научных результатов диссертации на соискание ученой степени кандидата наук, и 8 тезисах.
Личный вклад автора. Автор проводил аналитические расчеты, участвовал в выборе теоретических моделей и методов решения и обсуждении результатов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях молодых ученых «Неравновесные процессы в сплошных средах» (Пермь, 2007, 2009, 2010, 2012); конференциях «Зимняя школа по механике сплошных сред» (Пермь, ИМСС УрО РАН, 2009, 2011, 2013); ежегодной конференции Научно-образовательных центров Рап-REC 2008 (Н. Новогород, 2008), VI международной конференции «Two-phase systems for ground and space applications» (Кава-де-Тиррени, Италия, 2011) и IV франпузско-российской конференции «New Achievements in Materials and Environmental Sciences» (Нанси, Франция, 2010), Пермском гидродинамическом семинаре им. Г.З. Гершуни и Е.М. Жуховицкого (Пермь, ПГНИУ, 2012), семинаре лаборатории UMR 7359 GeoRessources (Нанси, Франция; 2013).
Содержание и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, включающего обзор литературы и общую характеристику работы, трех глав, заключения, списка цитируемой литературы (149 наименований). Объем диссертации составляет 127 страниц, включая 24 рисунка.
