Введение к работе
Актуальность работы. Исследование, распространения поверхностных волн в слоях жидкостей на пористом основании представляет большой интерес для наук о Земле', а также ео многих технических устройствах и технологических процессах.
В природе часто встречаются водные бассейны, расположенные на пористые средах, в качестве которых могут быть камни, песок, ил и т.д. Распространение волн на поверхностях таких бассейнов в настоящее Еремя исследовано недостаточно подробно. Т.к. волны крайне изменчивы ео времени -зарождаются под действием внешних сил, распространяются, затухают, имеют сложную геометрическую форму, исследование их в общем виде, в котором они встречаются в природе очень затруднительно.Поэтому в диссертации рассматриваются специальные случаи постановок задач, моделирующие реальные явления.
В диссертации рассматривается влияние поверхностно -активных веществ (ПАВ) на динамику поверхностных волн. Гася -щее действие пленок ПАВ на поверхностные волны было известно еще древним мореплавателям, но и в настоящее время не исчезает практический интерес к применению пленок ПАВ для гашения волн. Этот вопрос в настоящее время приобретает все большую актуальность в связи с нарастающим загрязнением водных бассейнов.
Немаловажный интерес представляет рассмотрение волн по поверхности слоя магнитной жидкости на пористом основании. Магнитных жидкостей в природе не существует. Они получены искусственным путем и представляют собой смесь мельчайших частиц твердого ферромагнетика и обычной немагнитной жидкости,например, воды, керосина и др. Магнитные жидкости используют для разделения веществ, имеющих различную плотность в устройстве, называемом магнитохидкостным сепаратором. Для этого их помещают в слой магнитной жидкости, а затем прикладывают магнитное поле, в котором одно из веществ всплывает. Очевидно, что на процесс разделения веществ оказывают влияние волны на поверхности слоя жидкости, поскольку они создают внутреннее движение в жидкости. В машиностроении, например, магнитную жидкость используют в качестве смазки, имеющей управляемые
при помощи магнитного поля свойства. Магнитная жидкость при этом частично заполняет пористую прокладку, а частично находится в свободном состоянии. Для исследования работы подшипников на магнитной смазке необходимо исследовать возникающие при этом волны, т.к. они влияют на движение жидкости в пористой среде.Вопрос об исследовании поверхностных волн в магнитных жидкостях на пористом основании (как нового физического явления) имеет среди прочего и самостоятельный интерес.
Цель работы заключается в исследовании поверхностных волн в слоях жидкостей, находящихся на пористом основании для случаев чистой поверхности свободной жидкости и поверхности, покрытой пленкой ПАВ; а также в слое магнитной жидкости на пористом основании.
Научная новизна. Все основные результаты диссертации являются новыми. В диссертации
-исследовано распространение бегущих поверхностных волн в слое жидкости на пористом основании конечной толщины. Найдена зависимость декремента затухания колебаний волны и частоты от вол-ноеого числа. Показано, что короткие волны затухают быстрее длинных волн при фиксированных толщинах пористой среды и слоя свободной жидкости; при увеличении толщины слоя свободной жидкости и фиксированной толщине пористой среды, декремент затухания уменьшается, а с увеличением толщины пористой среды при фиксированной толщине слоя свободной жидкости декремент затухания возрастает; при уменьшении длины волны и фиксированных толщинах пористой среды и слоя свободной жидкости частота увели'ШЕается. Показано, что значения частоты колебаний волны практически не зависят от толщины пористой среды. При бесконечном увеличении толщины слоя свободной жидкости декремент затухания колебаний волны стремится к нулю; -исследовано распространение поверхностных волн в слое магнитной жидкости, находящейся на пористом основании. Изучена зависимость декремента затухания колебаний волны и частоты от волнового числа. Показано, что при увеличении волнового числа и фиксированном значении невозмущенного магнитного поля в атмосфере декремент затухания и частота увеличиваются;
при увеличении значения невозмущенного магнитного поля в атмосфере, для волн одинаковой длины, декремент затухания и частота уменьшаются; при увеличении значения невозмущенного магнитного поля в атмосфере и фиксированном значении магнитной проницаемости в магнитной жидкости декремент затухания и частота уменьшаются;
-решена задача о влиянии пленок ПАВ на распространение волн по поверхности слоя кидкости, находящейся на пористом основании. Записано дисперсионное уравнение для поверхностных волн в случае бесконечной толщины пористой среды и маловязкой жидкости. Для растворимой и нерастворимой пленок ПАВ исследована зависимость декремента затухания колебаний волны от волнового числа, от модуля упругости пленки и от коэффициента поверхностного натяжения пленки ПАВ. Для растворимой пленки ПАВ исследована зависимость декремента затухания от коэффициента объемной диффузии и от других параметров. Показано, что растворимость пленки ПАВ ослабляет гашение волн.
Практическая значимость. Результаты исследований, проведенных в диссертации, могут быть использованы при изучении поверхностных волн в слое чистой жидкости, находящейся на различных видах пористых сред в природных условиях. Теория воздействия нерастворимых и растворимых ПАВ на распространение поверхностных волн, изложенная в диссертации, может быть использована при исследовании реальных волновых процессов в слоях жидкостей, покрытых пленками различных загрязняющих веществ Результаты исследования поверхностных волн в слое намагничивающейся жидкости, находящейся на пористом основании могут быть использованы в некоторых технических устройствах, например,при исследовании сепарации различных дисперсных систем по плотности в магнитных жидкостях и т.д. и, кромв прочего, имеют самостоятельный научный интерес.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на Всероссийской научно - технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики" (Саранск, 1993г.); на конференции ХХ11 Огаревские чтения (Саранск, 1994г.); на семинарах кафедры теоретической механики Мордовского государственного университета (І99І-І994г.г.); на семинаре отдела подзем-
ной гидромеханики НИИ механики и математики Казанского государственного университета (Казань, 1994г.).
Публикации.По теме диссертации опубликовано пять работ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста, включая 30 рисунков и 4 таблицы. Список литературы содержит 63 наименования.