Введение к работе
- і
"Диссертация посвящена вопросам динамического разрушения
твердых тел и жидкостей. Рассмотрен также круг задач, связанных с разлетом диспергированной жидкости в окружающий воздух с учетом влияния гидродинамических неустойчивостей различных типов.
Актуальность работы связана с необходимостью анализа поведения конденсированных сред ( твердое тело и жидкость ) при интенсивных динамических воздействиях, возникающих, в частности, при катастрофах и авариях на различных технологических и энергетических установках. При анализе таких явлений возникает ряд проблем, имеющих и самостоятельный теоретический интерес.
Необходимо отметить чрезвычайную сложность изучаемых явлений, имеющих, как правило, многостадийный и многовременной характер. При этом на каждой стадии явления протекает несколько физических процессов, конкурирующих между собой. В этой ситуации возникает необходимость выделения доминирующих на каждой стадии процессов и рассмотрение ряда модельных задач с целью выявления основных закономерностей рассматриваемых процессов и их взаимосвязей, что позволило бы получить достаточно цельную картину всего явления.
Из анализа существующей литературы следует, что в настоящее время понимание вопросов динамического разрушения твердых тел и особенно жидкостей явно не достаточно и не имеет комплексного, систематического характера, хотя накоплен значительный экспериментальный материал. Отсутствуют достаточно адекватные постановки и эффективные решения ряда задач. Целый ряд экспериментальных данных до настоящего времени не имеет даже качественного объяснения.
Цель работы. состоит в теоретическом анализе и разработке математических моделей разрушения и диспергирования твердых и жидких сред, основанных на учете внутренней структуры среды, и в создании методологических основ для расчетов образования и разлета облака капельно-зоздушной смеси.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- построен ряд новых моделей разрушения хрупких и квазихрупких сред, позволяющих, в частности, оценивать средний размер фраг-
ментов. В рамках зтих моделей рассмотрены особенности волн разрушения и получена зависимость среднего размера фрагмента от параметров нагружения;
- развит новый подход к исследованию динамического разрушения
жидкости в волнах разрежения. Предложена методика расчета кавита-
ционных процессов в обычных и вязких жидкостях. Качественно объяс
нены результаты экспериментальных исследований. Впервые рассмотре
на задача об эволюции распределения пузырьков по размерам в поли
дисперсной пузырьковой смеси. Такой подход, в частности, позволяет
оценивать размер фрагментов, образующихся при разрушении жидкости;
- проведен теоретический анализ развития неустойчивости
границы капельно-воздуьной смеси в процессе ее разлета с учетом
просачивания воздуха через границу облака, объяснены основные
качественные закономерности эволюции неустойчивости на поверхности
облака, наблюдаемые экспериментально;
- предложен оригинальный подход к теоретическому рассмотре
нию динамики разлета капельно-воздуиного облака с учетом скорост
ной нэравновесности компонент смеси, возможности дробления капель
и неустойчивости границы облака, исследовано влияние этих процес
сов на конечный размер облака.
Практическое значение работы состоит в том, что предлагаемые в работе физические и математические модели, а также расчетные методики могут служить основой для расчетов динамики и экологических последствия аварий на химических, технологических, энергетических установках и ядерных реакторах. Полученные в работе качественные и количественные закономерности составляют достаточно полную картину протекания процессов диспергирования конденсированных сред при динамических воздействиях. В целом данная работа может служить методической рекомендацией для проведения практических расчетов.Достигнутый уровень понимания позволяет при их выполнении значительно снизить их трудоемкость и увеличить надежность, а при проведении- экспериментальных исследований- сделать их более целенаправленными и значительно снизить стоимость.
Алробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены: на втором Всесоозном симпозиуме "Теория распространения волк в.
упругих я упругопластических средах" (Новосибирск, Г986), на Всесоюзной школе - семинаре "Физические основы прогнозирования разрушения горных пород" (г.Фрунзе, 1985 г.). на 32 Научной конференции МИФИ, на 2-х Всесоюзных Научных чтениях памяти Е.И.Забабахиьа (Челябинск-70, январь 1990 г.), на 2-м Всесоюзном отраслевом семинаре "Прочность и надежность элементов активных зон ядерных реакторов (г. Обнинск, 1991 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 7 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, математического приложения и заключения (обшие выводы по диссертации), имеет объем 163 страницы машинописного текста, содержит 25 рисунков, 3 таблицы, 73 наименования использованной литературы.
Основные результаты и положения, выносимые на защиту:
-
Модель разрушения квазихрупких сред и зависимость размера частин разрушенной среды от скорости деформации.-
-
Модель допредельной деформации при разрушении зернистых сред, сравнение предсказаний модели с экспериментальными данными.
-
Струкутура плоских воли разрушения в хрупких и квазихрупких средах.
-
Динамика кавитационного разрушения жидкости при отражении импульса давления от свободной поверхности.
-
Зависимость среднего размера частиц, образующихся при динамическом разрушении жидкости от параметров падающей волны.
-
Описание развития неустойчивости поверхности разлетающегося капельно-воздушного облака и сравнение результатов с экспериментальными данными.
-
Расчет динамики разлета капельно-воздушного облака с учетом скоростной неравновесности компонент, дробления частиц и неустойчивости границы облака.
-
Простая аналитическая оценка для окончательного размера облака капельно-возддушной смеси и сравнение результатов- теоретического расчета с экспериментальными данными.
