Введение к работе
Актуальность проблемы. Исследование явлений переноса вызывает постоянный научный интерес. Изученные закономерности этих явлений находят широкое применение в технике. Фундаментальные вопросы в области теории явлений переноса, особенно вопросы, касающиеся переноса в сложных физических системах, далеко не исчерпаны.
Отечественными и зарубежными учеными, в числе которых Я.Б. Зельдович, Р.И. Нигматулин, И.Ш. Ахатов, А.И. Филиппов и др., проводились экспериментальные и теоретические исследования с целью изучения методов интенсификации процессов переноса в многокомпонентных системах. В результате исследований установлено, что при колебаниях компонент в системе коэффициенты переноса значительно возрастают. Вахитовым Г.Г., Кузнецовым О.Л., Симкиным Э.М. и др. экспериментально обнаружено, что при акустическом воздействии на пористые среды, коэффициенты переноса в них возрастают. Этот факт имеет огромное значение для нефтедобывающей промышленности, так как при прогреве нефтяного пласта нефтеотдача значительно увеличивается. Возрастание коэффициентов переноса также экспериментально обнаружено Е.И. Несисом, А.Ф. Шаталовым, Н.П. Кармацкнм при колебаниях нагретой струны, аналогичные результаты получены в ходе экспериментов японскими учеными И. Кикучи, И. Оно, М. Такахаши.
Таким образом, к настоящему времени накоплено большое количество экспериментальных фактов, указывающих на увеличении коэффициентов переноса при вибрационных воздействиях. Однако теоретически физические закономерности процессов переноса в сложных системах при относительных колебаниях ее компонент не исследованы.
Цель работы. Изучение основных физических закономерностей обменных явлений переноса в многокомпонентных средах с межкомпонентным взаимодействием при колебаниях компонент.
Практическая ценность. На основе исследованного в диссертационной работе явления трансцилляторного переноса могут быть созданы принципиально новые устройства с регулируемыми коэффициентами переноса (диффузии, теплопроводности и т.д.).
Разработанная теория может быть использована для расчетов повышения эффективности прогрева призабойной зоны неф-
тяных пластов при одновременном термическом и акустическом воздействии.
Научная новизна. В данной работе впервые получены решения новых задач, описывающих многокомпонентные системы с межкомпонентным обменом интегральным параметром. Разработаны методы вычисления потока интегрального параметра в системе, а гак же коэффициентов переноса. Созданы программы, основанные на методе конечных разностей, для исследования указанных процессов переноса. На основе разработанной теоретической модели трансцилляторного переноса впервые теоретически объяснена зависимость коэффициента теплоотдачи нагретой струны от частоты и амплитуды ее колебаний.
Достоверность научных исследований достигается тем, что при выводе уравнений, описывающих перенос в многокомпонентных системах при колебаниях компонент, использованы фундаментальные законы сохранения, записанные в виде уравнений неразрывности. Опубликованные ранее в печати теоретические результаты хорошо согласуются с описанной в данной работе теорией и могут быть представлены как ее частные случаи. Основные теоретические закономерности, установленные в диссертации нами, подтверждаются результатами экспериментов, опубликованными ранее в печати.
На защиту выносятся:
-
Теоретическая модель, названная трансциллятором, объясняющая интенсификацию явлений переноса в многокомпонентных системах при колебаниях компонент.
-
Аналитические решения уравнений, описывающих явления переноса в двух- и многокомпонентных системах.
-
Конечно-разностные модели и результаты исследований, проведенных с их помощью, для нелинейного трансциллятора и трансцилляторного переноса тепла в пористой среде.
-
Методы вычисления эффективных коэффициентов переноса. Зависимости коэффициентов переноса от амплитуды и частоты колебаний и от коэффициента межкомпонентного обмена. Условия аддитивности коэффициента трансцилляторного переноса по компонентам системы и теорема об аддитивности по частотам колебаний при полигармонических колебаниях.
-
Применение разработанной модели для объяснения обнаруженного экспериментально явления возрастания коэффициента теплоотдачи нагреваемой колеблющейся струны. Сопоставление теоретических результатов, учитывающих вклад трансцилляторного переноса в теплообмен нагретой струны, с экспериментальными данными.
Апробации работы. Основные положения работы докладывались на 1-й научной конференции молодых ученых-физиков Республики Башкортостан (г. Уфа, 1994), на межвузовской научно-практической конференции "Экономический рост: проблемы развития науки, техники, и совершенствования производства" (г. Стерлитамак, 1996 г.), на межвузовской научно-практической конференции, посвященной 40-летию Салаватского филишіа УГНТУ "Совершенствование образования и использование научного потенциала вузов для науки и производства" (г. Са-лават, 1996 г.), на II Уральской региональной межвузовской научно-практической конференции "Проблемы физико-математического образования в педагогических вузах России на современном этапе" (г.Уфа, 1997), на международном симпозиуме "Advances in computational heat transfer" (г.Чешме, Турция, 1997 г.), на Всероссийской научной конференции "Физика конденсированного состояния" (г. Стерлитамак, 1997).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 научных работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, приложения, содержит 151 страниц машинописного текста, в том числе 5 таблиц и 25 рисунков, список литературы включает 49 названий.
Исследования проводились при финансовой поддержке Академии Наук Республики Башкортостан (грант № 96-1.2.6. АН РБ).