Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время круг вопросов, свя-$ашшх с исследованиями в области механики гетерогенных сред, зесьма широк. Это обусловлено большим количеством прикладных іадач радиофизики, физики атмосферы, гидродинамики и т.д. Интерес к проблемам такого рода вызван в свою очередь развитием щерной и обычной теплоэнергетики, ракетной и авиационной тех-шки, химической, нефтегазодобывающей, металлургической, строительной промышленноети, методов получения новых веществ и т.д.
Одной из проблем физики многофазных сред является проблема >саждения различного рода искусственных аэрозолей (пылей, догов), возникающих в ряде производственных процессов, что обусловлено преяде всего необходимостью очистки запыленных газов. ?ольшой интерес вызывают также вопросы рассеяния туманов и ге-іерации осадков в облаках. Для решения этих проблем применяются различные радиофизические методы воздействия на среды: воздействия звуковым, электромагнитным излучением и.пр.
Другая- проблема связана с исследованием механизма звуковой *егазации жидкостей. Зтот эффект находит применение в промышленной практике при необходимости удаления газа, как растворен-гого, так и находящегося в виде пузырьков из расплавов металлов і стекла, растворов смол, вискозы, масел и т.д.
Весьма важным представляется изучение явлений, происходя-
щих в парожидкостных аэрозолях, например, облаках и туманах где имеют место процессы испарения и конденсации. Необходимост: этих исследований связана в первую очередь с задачей диагностики атмосферы и мониторинга облачных образований.
Несмотря на многолетние исследования этих проблем, актуальность их не уменьшается. Изучение процессов, происходящих і многофазных средах, показало возможность объяснения многих ра нее известных явлений на основе нового подхода, базирующэгос. на рассмотрения коллективного взаимодействия частиц аэрозолей что ранее не принималось во внимание. Исследованию этих вопро сов и посвящена диссертация.
Цель работы. Целью диссертационной работы является иссле дование:
коллективных механизмов коагуляции частиц в аэрозольны потоках и коалесценщш пузырьков, движущихся в вязкой жидкости
воздействия звукового излучения на процессы коагуляції частиц аэрозолей и суспензий и коалесценщш пузырьков газа жидкости,
влияния электростатических параметров аэрозоля на про цессы потоковой и акустической коагуляции частиц,
механизма генерации звуковых волн е пересыщенном паре возможности его экспериментальной проверки.
Научная новизна диссертационной работы состоит в примеие нии нового подхода к исследованию процессов, происходящих многофазных средах (аэрозолях, суспензиях, жидкостях с пузырь ками газа). Он основан на рассмотрении коллективных механизме взаимодействия частиц гетерогенных сред. 4
На основе этого подхода решена задача о поведении твердых іастиц, находящихся в потоке вязкого газа. Показано, что в сре-;е возбуждается неустойчивость, приводящая к сближению частиц и їх дальнейшей коагуляции. Новым здесь является то, что эффект )бусловлен не парным взаимодействием частиц, как это было при-іято считать ранее, а взаимодействием всего ансамбля частиц.
Учитывая, что обнаруженная неустойчивость носит универ-;альный характер и может возникать при любом плавном движении в пзухфазной среде, аналогичные исследования проведены при изуче-ши движения пузырьков газа в вязкой жидкости. Оказалось, что и і этом случае возбуждается неустойчивость, приводящая к коалес-іенции пузырьков. При этом удалось показать, что большую роль іграет существование собственных колебаний пузырьков.
Исследование коллективных механизмов взаимодействия частиц з многофазных средах продемонстрировало возможность объяснения іа этой основе процессов акустической коагуляции частиц аэрозо-тей и суспензий, а также акустической коалесценции пузырьков аза в жидкости. При этом впервые удалось объяснить существова-ше оптимальных частот коагуляции и коалесценции, зависимость времени коагуляции от частоты звука, мощности, параметров среды і пр. Кроме того, в отличие от известных ранее работ, удалось провести исследования для любых звуковых частот и при учете зсех сил, действующих на частицу.
Выявлена зависимость процессов коагуляции от собственных зарядов частиц,' от существования внешних электрических полей. Іоказана возможность коагуляции частиц аэрозоля в переменном электрическом поле. При этом рассмотрение также базируется на привлечении коллективного механизма взаимодействия частиц.
Исследован новый эффект генерации звука при конденсации
пара. Продемонстрирована возможность возбуждения звуковых колебаний в резонаторе Гельмгольца, заполненном пересыщенным паром. Получено нелинейное уравнение, описывающее колебания в системе и учитывающее процессы конденсации и теплопередачи. Найдено приближенное решение, показывающее, что в резонаторе формируются стационарные колебания с амплитудой и частотой, зависящими от параметров резонатора и заполняющей его среды. Обсуядаются возможности експериментальної! проверки изучаемого эффекта, приводятся оценки уровня давления е генерируемой волне.
Основные научные положения, выносимые на зацнту:
1. Коллективный механизм коагуляции твердых частиц, движу
щихся в вязком газе (кидкости) под действием силы тяжести или е
поле звуковой волны.
2. Коллективный механизм козлесценцпи пузырьков газа,
всплывающих в вязкой жидкости или находящихся под действиег.
звукового поля при учете собственных колебаний пузырьков.
-
Коллективный механизм коагуляции твердых частиц, движущихся под действием силы тяжести во внешнем электрическом поле.
-
Коллективный механизм коагуляции заряженных или поляризованных частиц аэрозоля под действием акустического или переменного электрического полей.
-
Коллективный механизм генерации звуковых колебаний і резонаторе Гельмгольца, заполненном пересыщенным паром.
Практическая ценность. Полученные в работе результаті могут быть использованы:
- при исследовании воздействия звука на облака и туманы < целью их просветления и вызывания осадков, 6
- при исследовании акустической очистки запыленных газов и
;агрязненных жидкостей,
при изучении воздействия звука на пузырьковые среды кидкости с пузырьками газа) с целью их дегазации,
при исследовании влияния собственных зарядов частиц и аешних электрических полей на потоковую и акустическую коагу-
ЇЯЦИЯ,
при создании низкочастотных акустических генераторов.
при диагностике облачных образований.
Личный вклад автора в проведенные исследования. Вклад ав-'ора диссертации в работы, выполненные в соавторстве, заклю-іается в следующем. На основе поставленных научным руководите-іем задач диссертант провел аналитические расчеты и анализ об-'аруженной неустойчивости движения твердых частиц в газе и пу-!ырьков в згидкости; исследовал частотную зависимость инкремента іеустойчивости движения твердых частиц аэрозоля, находящегося в івуковом поле; предложил механизм исследования генерации акустических волн в пересыщенном паре в лабораторных условиях и гровел соответствующие расчеты.
Апробация результатов. Основные результаты диссертацион-юй работы докладывались на международном симпозиуме "Неустой-швости и волновые явления в системе ионосфера - термосфера" (Калуга, 1989 г.), 3-ем семинаре "Некоторые вопросы динамики атмосферы и атмосферного электричества" (Васильсурск, Горьков-:кая область, 1990 г.), 7-м всесоюзном съезде по теоретической і прикладной механике (Москва, 1991 г.), всесоюзной конференции го активным воздействиям на гидрометеорологические процессы
(КБССР, Нальчик, 1991 г.), семинарах НИРФИ.
Структура ж объем работы. Диссертация состоит из Введения, четырех разделов и Заключения. Она содержит 112 страниц машинописного текста, в том числе 8 страниц списка литературы (92 наименования), а также 6 рисунков.
