На правах рукописи
НИКИФОРОВ Анатолий Анатольевич
УДК 532.529:534.2
СФЕРИЧЕСКИЕ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ МАЛОЙ
АМПЛИТУДЫ В ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМАХ
01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук
КАЗАНЬ - 2007
Работа выполнена в Институте механики и машиностроения Казанского научного центра РАН.
Научный руководитель: доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН Д.А. Губайдуллин
Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор А.Н. Саламатин доктор физико-математических наук, профессор А.Г. Кутушев
Ведущая организация: Институт механики Уфимского научного центра РАН, г.Уфа
Защита состоится 31 мая 2007 г. в 14 час. 30 мин. в аудитории физ.2 на заседании диссертационного Совета Д 212.081.11 при Казанском государственном университете по адресу: 420008, г. Казань, ул. Кремлевская, д. 18.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Казанского государственного университета.
Автореферат разослан “_” апреля 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат физико-математических наук, доцент Саченков А.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Неоднородные или многофазные среды широко представлены в природе и современной технике. Из многообразия неоднородных сред могут быть выделены дисперсные смеси (аэрозоли, туманы, пузырьковые жидкости, взвеси и т.д.), имеющие сравнительно регулярный характер и представляющие смесь двух фаз, одной из которых являются различные включения (твердые частицы, капли, пузырьки).
В настоящее время значительный интерес представляют исследования волновой динамики и акустики дисперсных сред применительно к проблемам развития акустических методов диагностики таких систем, а также методов подавления звуковых возмущений дисперсными смесями.
Так, перспективной является возможность применения дисперсных систем для уменьшения шума в различных устройствах, например, в авиационных двигателях. Развитие таких методов способствует как решению задач безопасности процессов на промышленных объектах в машиностроении, энергетике и т.д., так и проблем экологии атмосферы, значительно загрязненной различными аэрозолями промышленного характера. Результаты исследований могут быть использованы при решении вышеназванных задач, а также при решении фундаментальных проблем механики многофазных сред.
Цель работы. Теоретическое исследование распространения акустических возмущений различной геометрии в парогазокапельных средах и смесях жидкости с парогазовыми пузырьками с учетом нестационарных и неравновесных эффектов межфазного взаимодействия.
Обоснованность и достоверность. Полученные результаты основаны на фундаментальных законах и уравнениях механики сплошных гетерогенных сред, а также физически естественных допущениях.
Результаты в частных случаях хорошо согласуются с теоретическими результатами других авторов и с известными экспериментальными данными.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всероссийской школесеминаре молодых ученых и специалистов под рук. ак. РАН В.Е.
Алемасова “Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении” (г.Казань, 1999, 2000, 2002, 2006), на III и IV Международной научной школе-семинаре “Импульсные процессы в механике сплошных сред” (г.Николаев, Украина, 1999, 2001), на II Международном симпозиуме “Актуальные проблемы механики сплошных и сыпучих сред” (г.Москва, 1999), на конкурсе научно-практических работ студентов и аспирантов на именную стипендию Главы администрации г.
Казани (г.Казань, 2001), на Международной конференции «XVII сессия Международной Школы по моделям механики сплошной среды»
(г.Казань, 2004), на Итоговых конференциях КазНЦ РАН (г.Казань, 2001на семинарах ИММ КазНЦ РАН под руководством чл.-корр. РАН Д.А. Губайдуллина (г.Казань, 2001-2007).
Научная новизна. Впервые изучена динамика сферических и цилиндрических волн малой амплитуды в парогазокапельных средах и в смесях жидкостях с парогазовыми пузырьками с учетом фазовых превращений. Из условия существования решений у представленных систем уравнений в виде возмущений для потенциалов скоростей фаз выведены общие дисперсионные соотношения, определяющие распространение сферических и цилиндрических возмущений в моно- и полидисперсных газовзвесях и в смесях жидкости с пузырьками пара и газа. Выполнен анализ влияния геометрии процесса, фазовых переходов, основных параметров дисперсных смесей на эволюцию импульсных возмущений.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты расширяют и углубляют теоретические знания о волновых процессах в дисперсных системах и имеют широкий спектр приложения на практике.
Результаты и выводы исследований акустических свойств полидисперсных парогазокапельных смесей и смесей жидкости с парогазовыми пузырьками могут быть использованы при развитии методов акустической диагностики двухфазных смесей и контроля протекающих в них процессов.
Работа выполнена в соответствии с научным планом Института механики и машиностроения КазНЦ РАН, при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты № 01-01-0372, № 04-01в рамках программы ОЭММПУ РАН № 14, Федеральной целевой программы «Интеграция» (код проекта А0012) и фонда НИОКР республики Татарстан (проект № 05-5.4-127). Результаты исследований акустических возмущений в полидисперсных парогазокапельных средах включены в важнейшие достижения РАН (Российская академия наук. 1991-2001. М.:Наука, ЦИСН, 2002).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в работах, список которых приведен в конце автореферата.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 117 страниц, в том числе 24 рисунка. Список литературы состоит из 67 наименований. В заключении сформулированы основные результаты работы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формулируется цель работы, излагается ее краткое содержание, и приводятся положения, выносимые на защиту.
В первой главе дан краткий обзор опубликованных теоретических и экспериментальных работ по теме диссертации. Обсуждены основные особенности распространения слабых монохроматических и импульсных возмущений в моно- и полидисперсных газовзвесях в плоском случае.
Рассмотрены результаты работ, посвященных исследованию распространения возмущений в пузырьковых жидкостях.
Вторая глава посвящена проблеме распространения сферических и цилиндрических возмущений малой амплитуды в монодисперсных смесях газа и включений. Рассматривается монодисперсная смесь инертного газа с твердыми частицами и смесь газа с паром и каплями, когда объемное
«