Диссипативные структуры и нестационарные процессы в межфазной гидродинамике

Заключение

диссипативный вязкость конвективный

1. На основании экспериментальных и теоретических исследований процессов коагуляции капель показано, что известная теория Я.И.Френкеля справедлива на начальной стадии процесса, когда диаметр контактного перешейка очень мал по сравнению с размерами сливающихся шаров. Предложенная в работе теория позволила описать процесс слияния капель на широком временном участке и предсказать величину декремента затухания и частоту колебаний системы на конечном этапе слияния с учётом вязкости обеих жидкостей. Показано, что законы слияния плавающих капель качественно не отличаются от случая погружённых капель.

2. Выполнены эксперименты по изучению явления кумуляции при ударе капли о свободную поверхность другой или той же самой жидкости, заполняющей неглубокую кювету с наклонным к горизонту дном. Построенная математическая модель позволила использовать некоторые неприводимые представления группы вращений и найти неустановившееся решение общих уравнений гидродинамики в виде разложений по малому числу Рейнольдса до третьего порядка включительно и описать последовательное изменение формы капли и возникающую силу сопротивления её движению при ее столкновении со свободной деформируемой поверхностью внешней жидкости.

3. В системе с линиями контакта трех капиллярных жидкостей экспериментально обнаружен эффект, свидетельствующий об определяющей роли линейного натяжения для предельно малых капель.

4. В группе задач по изучению пространственно-временных диссипативных структур решена задача о термокапиллярной конвекции от линейного источника тепла. Определена в погранслойном приближении стационарная конвекция и проведено исследование полученного решения на устойчивость по отношению к плоским возмущениям и к валам. Результаты исследований представлены в виде графиков зависимости профиля продольной скорости в пограничном слое от безразмерной поперечной координаты и минимального критического числа Марангони Ма и частоты критического возмущения в зависимости от волнового числа k для гидродинамической и для капиллярной мод.

5. Показано, что основной причиной неслияния капель при контакте друг с другом может быть всасывание воздуха в зазор между ними. Для доказательства этой гипотезы выполнено исследование поведения капли на поверхности жидкого слоя методом стоячих капиллярных волн.

6. Проведены экспериментальные и теоретические исследования коллапса пузырей, получена квадратичная зависимость от времени уменьшения средних размеров плёнки, остающейся от пузыря непосредственно перед завершением процесса, и статистическими методами показано, что на последних этапах коллапса плёнка представляет собой грубой формы овал, модулированный по периметру пяти-, реже шести конечными звёздноподобными фигурами.

7. При теоретическом исследовании конвективной устойчивости индивидуальной жидкости и смеси, заполняющих шаровые вращающиеся полости при подогреве снизу определены критические числа Рэлея, при которых начинается лавинообразное перемешивание жидкости.

8. Экспериментально и теоретически изучен дрейф шаров во вращающихся жидкостях. Показано, что при «малых» ? влияние вращения жидкости на движения в ней незначительно и скорость дрейфа помещённых в жидкость шаров остаётся стоксовской. При увеличении ? сила Кориолиса развёртывает обтекающие шар струи на 180о, создавая тем самым встречное по отношению к основному потоку движение вблизи обоих полюсов. Эти вихревые потоки образуют в приполярных областях застойные зоны, которые при дальнейшем увеличении скорости вращения жидкости формируют «тейлоровские столбы». Кроме того, экспериментально изучена зависимость скорости шаров от скорости вращения жидкости в широком интервале чисел Рейнольдса. При этом показано, что вблизи шара траектории жидких элементов, полученные в результате теоретического анализа и эксперимента, находятся в хорошем согласии.

9. Впервые приведено теоретическое обоснование эффекта возникновения звуковых колебаний в акустических резонаторах с использованием в вычислениях реально измеряемых физических величин. Получено количественное согласие теоретических и экспериментальных данных.

10. Экспериментально исследована электроконвективная неустойчивость равновесия термогравитационного течения жидкого диэлектрика в вертикальном конденсаторе при преимущественно электрокондуктивном механизме зарядообразования. Построены карты устойчивости в безразмерных координатах электрическое число Грасгофа Gs - обычное число Грасгофа Gr для нескольких значений электрического числа Прандтля. Проведены наблюдения за структурами электротермоконвективных течений, которые показали, что при относительно малых значениях Gs и больших Gr, надкритические течения представляют собой конвективные валики, распространяющиеся с основным потоком. При больших Gs и малых Gr имеют место стационарные (в пределах длительности эксперимента) конвективные валы.

11. Численное исследование в области достаточно сильных электрических полей показало, что при больших значениях Gs неустойчивость электротермоконвективных течений носит негравитационный электротермический характер. Волновое число k, которому соответствуют наиболее опасные возмущения, увеличивается с ростом Gs. При малых значениях чисел Прандтля обнаружена область, в которой происходит повышение устойчивости течения под воздействием электрического поля.

12. В результате анализа проведённых экспериментов по неустойчивости стекающих струй к меандрированию были сделаны следующие выводы: 1) изменения формы струек от опыта к опыту случайны, 2) при больших углах наклона к горизонту не смачиваемой подложки стекающие по ней струйки совершают нерегулярные метания из стороны в сторону, 3) на смачиваемых поверхностях струйки текут прямой широкой полосой прямо вниз, 4) меандрирование струек происходит вследствие неконтролируемых в эксперименте самых разнородных случайных причин, что приводит к наблюдаемому большому разбросу экспериментальных данных. Поэтому результаты экспериментов проанализированы с помощью метода, предложенного Ланжевеном для анализа движения броуновской частицы. Показано, что единственным параметром, формирующим режим, может служить отношение параметра Ланжевена D (коэффициент диффузии в пространстве скоростей) к диссипативному фактору ?. При D/??? 2 струи начинают метаться из стороны в сторону, а средняя амплитуда их колебаний а испытывает резкий скачок, увеличиваясь сразу на порядок. Все процессы, и стационарные, и динамические, характеризуются характерным для броуновских движений стопроцентным разбросом экспериментальных данных с пренебрежимо малым коэффициентом корреляции Пирсона всех измеряемых величин. Кроме того, экспериментально и аналитически методом преобразования Лапласа определена функция распределения, которая позволяет предсказывать вероятности отклонения в сторону стекающей струи любой длины.

Литература

1. Makarikhin I.Yu. Effect of electric field on stability of convective flow in vertical layer // Proc. of 2 Int. Conf. on Nonlinear Mechanics, 1993. (Beijing, China). P. 132.

2. Макарихин И.Ю. О влиянии электрического поля на устойчивость конвективного течения в вертикальной полости // Изв. РАН. Сер. Механика жидкости и газа. 1994. № 4. С. 35-41.

3. Макарихин И.Ю., Макаров С.О. О типах неустойчивости стационарного неизотермического электроконвективного течения//Докл. 3 межд. конф. "Современные проблемы электрогидродинамики и электрофизики жидких диэлектриков". 1994. НИИ физики СПбГУ. С. 89-90.

4. Бережнов В.В., Косвинцев С.Р., Макарихин И.Ю., Мизев В.И., Семенов В.А. Электрогидродинамическая неустойчивость слабопроводящих жидкостей // Докл. 3 межд. конф. "Современные проблемы электрогидродинамики и электрофизики жидких диэлектриков". 1994. НИИ физики СПбГУ. С. 15-16.

5. Макарихин И.Ю. Воздействие электрического поля на устойчивость конвективного течения в вертикальной полости // Вестник Перм. ун-та. 1994. Вып. 2. Физика. С. 120-127.

6. Бережнов В.В., Братухин Ю.К., Макарихин И.Ю., Макаров С.О. Возникновение звуковых колебаний при конденсации пара в акустическом резонаторе // Письма в ЖТФ. 1994. Т. 20. С. 77-79.

7. Макарихин И.Ю. О некоторых особенностях спектра возмущения электроконвективного стационарного течения // Вестник Перм. ун-та. 1995. Вып. 4. Физика. С. 62-71.

8. Bratukhin Yu.K., Makarov S.O., Kosvintsev S.R., Makarikhin I.Yu., and etc. Self-oscillation in liquid bridge model under Plateu-technique conditions // Abs. of the 9 Europ. Symp. “Gravity-dependent phenomena in Physical Sciences”. 1995. Berlin. P. 172.

9. Zhdanov S., Kosvintsev S., Makarikhin I. Thermogravitational flow and electric current in a vertical condenser // Тез. докл. 12-й зимней школы по механике сплошных сред. 1999. ИМСС УрО РАН. С. 56.

10. Kosvintsev S.R., Makarikhin I.Yu., Zhdanov S.A., Velarde M.G. Electroconvective instability in a vertical capacitor // Proc. of 2 Int. Conf. on Dielectric Liquids. Nara, Japan. 1999. P. 37-40.

11. Жданов С.А., Косвинцев С.Р., Макарихин И.Ю. Влияние электрического поля на устойчивость термогравитационного течения в вертикальном конденсаторе // ЖЭТФ. 2000. Т. 117. Вып. 2. С. 398-406.

12. Kosvintsev S.R., Smorodin B.L., Zhdanov S.A., Makarikhin I.Yu. Electroconvective instability in a horizontal capacitor // Сб. докл. 6-й межд. науч. конф. "Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей". 2000. СПб. С. 79-82.

13. Kosvintsev S.R., Makarikhin I.Yu., Zhdanov S.A. and Velarde M.G. Electric field effects on the stability of a thermogravitational flow in a vertical capacitor // J. Electrostatics. 2002. Vol. 56. Iss. 4. P. 493-513.

14. Bratukhin Yu., Makarikhin I., Makarov S. Effect of linear tension on stability of small floating drop // Microgravity Science and Technology. 2007. Vol. XIX. Iss. 3-4. 2007. P. 87-89.

15. Makarikhin I., Makarov S. On coalescence of drops at low-gravity conditions // III Int. Symp. on Physical Sciences in Space. 2007, Nara, Japan. Abstract book. JASMA. P. 69-70.

16. Макарихин И.Ю., Смородин Б.Л., Шатрова Е.Ф. О дрейфе шаров во вращающейся жидкости// Изв. РАН. Сер. Механика жидкости и газа. 2008. № 4. С. 6-15.

17. Макарихин И.Ю., Рыбкин К.А. Заключительные стадии коллапса пузырей // Изв. РАН. Сер. Механика жидкости и газа. 2009. № 3. С. 137-142.

18. Макарихин И.Ю. О меандрировании струй вязкой жидкости // Механика сплошных сред как основа современных технологий. XVI Зимняя школа по механике сплошных сред. Пермь. 2009. Тез. докл. Пермь - Екатеринбург: ИМСС и НИСО УрО РАН. 2009. С. 249.

19. Макарихин И.Ю., Макаров С.О., Рыбкин К.А. Об одном случае падения капли на поверхность другой жидкости. // Механика сплошных сред как основа современных технологий. XVI Зимняя школа по механике сплошных сред. Пермь. 2009. Тез. докл. Пермь - Екатеринбург: ИМСС и НИСО УрО РАН. 2009. С. 250.

20. Макарихин И.Ю., Рыбкин К.А. К вопросу о коллапсе мыльных пузырей// Механика сплошных сред как основа современных технологий. XVI Зимняя школа по механике сплошных сред. Пермь. 2009. Тез. докл. Пермь - Екатеринбург: ИМСС и НИСО УрО РАН. 2009. С. 251.

21. Макарихин И.Ю. Диссипативные структуры и нестационарные процессы в межфазной гидродинамике. Пермь. Перм. ун-т, 2009. 337 с.

22. Макарихин И.Ю., Макаров С.О., Рыбкин К.А. Замечания о падении капли на свободную поверхность другой жидкости// Изв. РАН. Сер. Механика жидкости и газа. 2010. № 1. С. 44-47.

Размещено на Allbest.ru