The dynamics of viscous incompressible flow inside elastic pipe

Motion of a viscous incompressible fluid in an elastic cylindrical shell under the influence of a number of factors. The assumption that the elastic displacements of the shell are small compared with its radius, but not with the thickness of the shell.

Рубрика Физика и энергетика
Вид статья
Язык английский
Дата добавления 02.03.2019
Размер файла 184,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

The dynamics of viscous incompressible flow inside elastic pipe

Evdokimova E.V.1

Рассмотрены проблемы движения вязкой несжимаемой жидкости в упругой цилиндрической оболочке при воздействии ряда факторов. При рассмотрении данных проблем необходимо рассматривать систему «жидкость-упругое тело» при различных источниках движения. Для исследования динамических характеристик таких систем, необходимо решить связанную задачу динамики упругой оболочки и вязкой несжимаемой жидкости. Фактором, упрощающим данную задачу, как в теории смазки, является малость радиуса оболочки по сравнению с ее длиной. В рассматриваемой постановке задачи также водится предположение о малости упругих перемещений оболочки по сравнению с ее радиусом, но не с толщиной оболочки. В этих условиях уравнения гидродинамики становятся линейными. При этом уравнения динамики упругих элементов могут быть как линейными, так и нелинейными. Если нет возможности найти точное решение, применяется метод итерации для решения уравнений в рамках гидродинамической теории смазки.

Ключевые слова: вязкая жидкость, упругая оболочка, колебания, волны

The dynamics of viscous incompressible flow inside elastic pipe

Evdokimova E.V.1, Mogilevich L.I.2, Popov V.S.3

1Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

2Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

3Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

The problems of viscous incompressible liquid movement in an elastic cylinder shell under the impact of some factors are considered. All these problems contain the systems «liquid - elastic body» movement sources. To reveal dynamic characteristic of these systems, it is necessary to solve the connected problems of an elastic shell and viscous incompressible liquid dynamics. The factor, making the problem simpler, is a small size of a shell radius in comparison with its length, as in lubrication theory. The problems under consideration contain this supposition about a small size of the shell deflection in comparison with a shell radius, but not with a shell thickness. Under these conditions hydrodynamics equations become linear. The elastic elements dynamics equations remain non-liner, if they were such initially. If it is not possible to find the exact solution, the iteration method for solving the lubrication theory hydrodynamics equations is applied.

Keywords: viscous liquid, elastic shell, oscillations, waves

fluid shell motion

Introduction

The problem solution can be defined in terms of all problem parameters time dependence in case of shells linear theory and time harmonic impacts on the system. It becomes possible due to the liquid viscosity, causing oscillations damping and solution quick time burning out thanks to initial conditions and going out to stationary oscillations. These conditions allow finding fluid mechanics linear equations exact solutions. They are written down in the form of lubrication theory equations, wherein a local inertia member for any lubrication Reynolds number meaning within laminar movement being taken into consideration. In the case mentioned above, a normal liquid stress (pressure) on elastic body surface is significantly larger then a shear one and the latter is usually neglected [1-7].

Let us consider the possibility of obtaining approximated solutions of fluid dynamics equations by means of iteration method, neglecting inertia local member at the first step and considering it at the second one. It is possible to prove that iteration method convergence under the condition that Reynolds oscillations number is less than 1 [1]. This approach makes it possible to refuse from time-harmonic law of all liquid and elastic elements parameters. It comes possible to solve hydroelastic problem both for shells dynamics non-linear equations and for non- time-harmonic laws of movement sources, as well.

Setting the Problem.Fig. 1 presents an elastic cylinder shell 2 with viscous uncompressible liquid 3 inside [5]. The inner radius of shell R1 is significantly less than its length l that is and small parameter is introduced. The elastic shell deflection is significantly less than thickness of liquid 3 inside that is , и , of order .

Let us consider laminar flow in the elastic cylinder shell. Liquid dynamics equations in axis-symmetric case take the form of [8]

(1)

Here are the liquid velocity vector projections on longitudinal axis and normal to this axis in cylinder coordinate system , x is the longitudinal coordinate along central shell axis, r is the distance from central axis of shell with inner radius , and length l.

Fig. 1

The boundary conditions are no-slip ones and the conditions of velocity limitation at the central axis of channel, as well as the pressure conditions at the channel edges are

, at ,2)

, at r = 0,

atand.

The first condition for pressure can be replaced with a pressure symmetric one

atx = 0.(3)

Here U is the shell longitudinal elastic displacement, W is the shell deflection, positive to curvature center, R1 is the inner radius of shell with thickness h0 and length l.

Surface loading is defined by liquid stress

, .(4)

Let us introduce dimensionless variables and small parameters

, , , , ,

, , ,

, , .(5)

By taking into account the presence of small parameters, we obtain liquid dynamics equations (within lubrication theory, but with considering inertia local member) and boundary conditions be come

, , ,

, at , at

atРазмещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

at.(6)

Solving the ProblemРазмещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Considering time-harmonic dependence on pressure and liquid velocity, as well as shell elastic displacements, we find

,

. (7)

In this case

(8)

,

, , ,

, ,

, .

Here ber,bei are Kelvin functions of zero order, a stroke is meaning derivative.

We may notice, that

, at

б = 1, , , at .

We apply iteration method to problem (6) by refusing time-harmonic dependence at flow parameters, which means non- time-harmonic law of pressure , and taking with as characteristic time.

We neglect inertia local member at the first step of iteration and then get

,

.

At the second step of iteration we obtain

,

.(9)

It is possible to introduce frequency dependent coefficients б(щ) and г(щ) and consider Re to be taken of any value. In this case we get

,

. (10)

These expressions formally coincide with (7) for medium parameters time-harmonic laws changes, but allow using these formula as for non- time-harmonic law of pressure , as for non- linear shell equations.

It is noteworthy, that reference [1] presents convergence of iteration method.

The study was supported by Russian Foundation for Basic Research (RFBR) according to the Research Project No16-01-00175-a

References

1. Andreychenko K.P., Mogilevich L.I. On the dynamics of interaction between a compressible layer of a viscous incompressible fluid and elastic walls // Proceedings of the USSR Academy of Sciences. Mechanics of a solid body. 1982. № 2. P. 162-172.

2. Mogilevich L.I., Popova A.A. Dynamic problem of hydroelasticity of vibro-support with elastic ribbed plate // Science and technology of transport. 2007. № 4. P. 55-61.

3. Popov V.S., Mogilevich L.I., Starovoitov E.I. Hydroelasticity of Vibro-Spray with a Three-Layer Circular Elastic Plate with an Incompressible Filler // Science and technology of transport. 2006. № 2. P. 56-63.

4. Ageev R.V., Mogilevich L.I., Popov V.S. Vibrations of the walls of a slot channel with a viscous fluid formed by three-layer and solid disks // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2014. Т. 43. № 1.С. 1-8.

5. Mogilevich L.I., Popov V.S., Popova A.A. Dynamics of the interaction of an elastic cylindrical shell with a laminar flow of liquid inside it as applied to pipeline transport // Science and technology of transport. 2007. № 2. P. 64-72.

6. Kondratov D.V., Kondratova Y.N., Mogilevich L.I. Studies of the amplitude frequency characteristics of oscillations of the tube elastic walls of a circular profile during pulsed motion of a viscous fluid under the conditions of rigid jamming on the butt-ends // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2009. Т. 38. № 3.С. 229-234.

7. Kondratov D.V., Mogilevich L.I. Mathematical modeling of the interaction of two cylindrical shells with a layer of liquid between them with free end flow under vibration conditions // Bulletin of the Saratov State Technical University. 2007. T. 3. № 1 (26). P. 22-31.

8. Loitsyanskii L.G. Mechanics of Liquids and Gases, Pergamon Press, Oxford, 1966.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Наночастицы типа core-shell. Исследование динамики кристаллической решетки наночастиц методом ядерного гамма резонанса. Модель Дебая твёрдого тела. Применение модельно-зависимого метода к моделированию мёссбауэровских спектров магнитных наночастиц.

    дипломная работа [1,4 M], добавлен 20.07.2014

  • Изучение наночастиц core-shell типа, созданных в макромолекулах жидкокристаллического дендримера поли (пропилен имина) второй генерации. Исследование динамики кристаллической решетки наночастиц методом ядерного гамма резонанса. Модель Дебая твердого тела.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 21.06.2014

  • The principles of nonlinear multi-mode coupling. Consider a natural quasi-linear mechanical system with distributed parameters. Parametric approach, the theory of normal forms, according to a method of normal forms. Resonance in multi-frequency systems.

    реферат [234,3 K], добавлен 14.02.2010

  • The Rational Dynamics. The Classification of Shannon Isomorphisms. Problems in Parabolic Dynamics. Fundamental Properties of Hulls. An Application to the Invertibility of Ultra-Continuously Meager Random Variables. Fundamental Properties of Invariant.

    диссертация [1,6 M], добавлен 24.10.2012

  • The danger of cavitation and surface elements spillway structures in vertical spillway. Method of calculation capacity for vortex weirs with different geometry swirling device, the hydraulic resistance and changes in specific energy swirling flow.

    статья [170,4 K], добавлен 22.06.2015

  • Determination of wave-length laser during the leadthrough of experiment in laboratory terms by means of diagnostics of laser ray through the unique diffraction of cut. Analysis of results: length of fringe, areas and interrelation between factors.

    лабораторная работа [228,4 K], добавлен 29.12.2010

  • Эволюция развития персональных компьютеров и программного обеспечения. Переменные и подстановка их значений. Синтаксис языка shell. Подстановка результатов выполнения команд. Структура реестра Windows NT/2000. MS-DOS: ввод информации с клавиатуры.

    контрольная работа [377,9 K], добавлен 22.11.2013

  • Research of the primitive quasi-harmonical triple-wave patterns in thin-walled cylindrical shells Tracking of distribution of a stable wave. Reception of the equations of nonlinear fluctuations in an environment according to the hypothesis of Kirhoff.

    дипломная работа [221,9 K], добавлен 14.02.2010

  • Базовые инструменты Linux Shell и Make. Скриптовый язык Shell. Make как утилита, автоматизирующая процесс преобразования файлов из одной формы в другую. Встраиваемые системы Buildroot и OpenWrt на базе Linux. Переменные и блоки define BuildPackage.

    курсовая работа [27,4 K], добавлен 19.01.2016

  • Problem of oscillations arising in an elastic base caused by rotor vibrations of an asynchronous driver near the critical angular velocity. The equations of slow motions. Oscillations in the absence of energy dissipation. Damped stationary oscillations.

    статья [417,2 K], добавлен 25.03.2011

  • Схема переработки нефти. Сущность атмосферно-вакуумной перегонки. Особенности каталитического крекинга. Установка каталитического риформинга с периодической регенерацией катализатора компании Shell. Определение качества бензина и дизельного топлива.

    презентация [6,1 M], добавлен 22.06.2012

  • Теоретические основы стратегического анализа и его сущность. Понятие бизнес - систем в стратегическом управлении и модели стратегического позиционирования по концепции Бостонской консультативной группы. Концепция конкуренции Shell/DPM, Дженерал Электрик.

    курсовая работа [408,6 K], добавлен 18.12.2009

  • Монополия: определение, история возникновения, формы. Транснациональные и многонациональные международные монополии, экономическая основа создания. Картели и соглашения. Анализ международных монополий за рубежом: British Petroleum, Royal Dutch Shell.

    курсовая работа [29,9 K], добавлен 18.09.2013

  • Характеристика та класифікація регулярних виразів, їх сутність за теоріями автоматів та формальних мов, використання в електронній обробці текстів. Представлення символів за їх кодами. Скорочене позначення символьних класів, поняття квантифікації.

    реферат [48,9 K], добавлен 09.06.2012

  • Investigation the relationship for the extension of spiral spring and for the oscillation period of this spring of suspended different mass. Earth Gravitational Intensity. The results of load mass and reading on ruler. Measurement error and calculations.

    реферат [209,9 K], добавлен 17.10.2014

  • Создание программы для среды UNIX, проверяющей атрибут выполнения файла для текущего пользователя. Особенности прав доступа для каталогов. Командный интерпретатор shell; общий синтаксис скрипта. Установка атрибутов защиты для групп пользователей.

    курсовая работа [18,8 K], добавлен 12.05.2013

  • Выбор типовой архитектуры. Схема работы Shell-скрипта. Вывод информации на сайт. Обеспечение его безопасности. Внедрение проекта на сервер. Построение заключительного запроса. Оценка времени работы приложения. Настройка авторизации по открытому ключу.

    курсовая работа [950,6 K], добавлен 22.03.2018

  • Risk Factors. The following symptoms may indicate advanced disease. A barium contrast study of the small intestine. Surgical removal is the primary treatment for cancer of the small intestine. The association of small bowel cancer with underlying.

    презентация [4,1 M], добавлен 28.04.2014

  • Общая характеристика "Норд Вест Авто" - официального дистрибутора фирмы Shell. Анализ рынка горюче-смазочных материалов в Санкт-Петербурге и на Северо-западе Российской Федерации. Основные особенности стимулирования сбыта: цели, методы, побочные эффекты.

    дипломная работа [2,5 M], добавлен 23.10.2011

  • Can, may, We can compare may and can. Must. Must and May compared. To have to. To be to. Must, to have to and to be to compared. Ought to. Shall and should. Must, Should and ought to compared. Should + Perfect infinitive.

    дипломная работа [35,2 K], добавлен 22.07.2006

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.