Микроскопическая модель динамики гетерогенной среды. Взаимодействие акустических волн с пузырьковыми слоями
Аннотация
Выведена самосогласованная система уравнений движения гетерогенной среды без использования операций осреднения. Среда представлена жидкой или газообразной несущей фазой с произвольным распределением частиц, состоящих из отличных от несущей среды фаз по пространству и размерам. Одним из типичных примеров такой среды является приповерхностный слой в океане, содержащий пузырьки газа. Здесь в качестве частиц выступают отдельные пузырьки. Система уравнений включает уравнения сохранения массы, количества движения, момента количества движения, энергии и уравнения движения для каждой частицы. Частицы дискретной фазы выступают в качестве источников массы, импульса, момента импульса и энергии по отношению к несущей среде. Движение частиц обусловлено силами межфазного взаимодействия с несущей фазой и другими внутренними и внешними силами. В качестве приложения к задачам исследования гидрофизических полей выведена нелинейная волновая система уравнений для жидкости с пузырьками газа. Верификация волновой системы уравнений проведена сопоставлением численных решений с экспериментальными данными. Модель количественно описывает наблюдаемые в экспериментах эффекты, что позволяет говорить о применимости предложенного подхода для описания распространения волн в жидкости с пузырьками в очень широком диапазоне условий.
Об авторах
И. А. Огородников
Институт теплофизики Сибирского отделения РАН
Россия
Россия
Новосибирск
В. Ю. Бородулин
Институт теплофизики Сибирского отделения РАН
Россия
Россия
Новосибирск
Список литературы
1. Fox F. et al. Phase velocity and absorption measurements in water containing air bubbles // J. Acoust. Soc. Amer. 1955. № 27. P. 534—545.
2. Малых Н. В. и др. Скорость и затухание импульсов большой амплитуды в слое жидкости с пузырьками газа // Переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Двухфазные потоки. Ин–т теплофизики, 1980. С. 38—51.
3. Malykh N. V. et al. Structure of pressure pulses in liquids with gas bubbles // Journal de physique. 1979. T. 40, N 11. P. 300—305.
4. Дружинин Г. А. и др. Нелинейное отражение ударных волн и ударные кривые жидкостей с пузырьками газа // Тр. Междун. конф. «Нелинейные волны деформации». Таллин: Ин–т кибернетики, 1978. С. 66—69.
5. Pokusaev B. G. et al. Waves in gas-liquid medium of slag structure // Russuian J. Eng. Thermophisics. 1991. V. 1, N. 4. P. 49—55.
6. Гасенко В. Г. и др. Предвестники в газожидкостных смесях // Письма в ЖЭТФ. 2013. Т. 98, вып. 4. С. 221—227.
7. Лоренц Г. А. Теория электронов и ее применение к явлениям света и теплового излучения, 2-е изд. / Пер. с нем. М., 1953. 150 с.
8. Огородников И. А. Резонансное формирование уединенных волн в среде со структурой. Препринт. Новосибирск: Ин-т теплофизики, 1983. 26 с.
9. Caflisch R. E. et al. Effective equations for wave propagation in bubbly liquids // J. Fluid Mech. 1985. V. 153. P. 259—273.
10. Caflisch R. E. et al. Wave propagation in bubbly liquids at finite volume fraction // J. Fluid Mech. 1985. V. 160. P. 1—14.
11. Ando K. et al. Numerical simulation of shock propagation in a poly-disperse bubbly liquid // Int. J. Multiphase Flow. 2011. V. 37. P. 596—608.
12. Ando K. et al. Improvement of acoustic theory of ultrasonic waves in dilute bubbly liquids // J. Acoust. Soc. Am. 2009. V. 126. P. 69—74.
13. Ando K. Shock propagation through a bubbly liquid in a deformable tube // J. Fluid Mech. 2011. V. 671. P. 339—363.
14. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория поля. М.: Наука, 1967. 460 с.
15. Арнольд В. И. Математическое понимание природы. М.: МЦНМО, 2009. 144 с.
16. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Наука, 1973. 847 с.
17. Иорданский С. В. Об уравнениях движения жидкости, содержащей пузырьки газа // ПМТФ. 1960. № 3. С. 102—110.
18. Огородников И. А. и др. Дисперсионные свойства звуковых волн в жидкости с пузырьками газа // Тр. XXXI Всеросс. конф. «Сибирский теплофизический семинар». Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 2014. С. 17—19.
Рецензия
Для цитирования:
Огородников И.А., Бородулин В.Ю. Микроскопическая модель динамики гетерогенной среды. Взаимодействие акустических волн с пузырьковыми слоями. Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2016;9(2):62-72.
For citation:
Ogorodnikov I.A., Borodulin V.Yu. Microscopic Model of the Dynamics of a Heterogeneous Medium. Interaction of Acoustic Waves With Bubble Layers. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2016;9(2):62-72. (In Russ.)
Просмотров:
89
Послать статью по эл. почте 