Введение к работе
Актуальность темы. В народном хозяйстве и природе широко распространены процессы, связанные со сбросом жидких отходов в окружающую среду. Актуальность изучения таких процессов связана, прежде всего, с вопросами локализации, ликвидации и профилактики вероятных выбросов. Подобные сбросы могут содержать отравляющие, легковоспламенимые или летучие вещества. В литературе встречается большое количество работ, посвященных различным аспектам распространения и накопления сбросов (Полубаринова - Кочина П.Я., Кучмент Л.С., Седов Л.И. и др.); нормативы, СНиПы, отчеты, выполненные государственными учреждениями. Однако исследование применения квазиодномерных моделей растекания радиально симметричных сбросов разливов жидкости на основе теории «мелкой воды» не является полным с точки зрения учета взаимодействия с флорой и грунтом.
Струйные течения, возникающие в результате гильотинного разрыва подводного трубопровода, являются интересной и сложной задачей гидромеханики. Несмотря на большой интерес к струйным течениям со стороны исследователей (Абрамович Г.Н., Ландау Л.Д. и др.) некоторые вопросы учета взаимодействия струй с окружающей более плотной жидкой средой до сих пор окончательно не проработаны.
Исходя из вышесказанного необходимость разработки математических моделей для описания радиально симметричных сбросов на горизонтальной поверхности и изучение всплытия жидкой струи на основе принятой модели струйного течения, позволяющих прогнозировать поведение жидких сбросов с достаточной достоверностью, является актуальной.
Объекты исследования:
-
Модель растекания радиально – симметричного выброса над горизонтальной поверхностью, сопровождаемого впитыванием в грунт.
-
Модель осесимметричной струи жидкости, не смешивающейся с окружающей более плотной жидкой средой.
Предмет исследования: Процессы распространения и накопления жидких сбросов при радиально – симметричном растекании над горизонтальной поверхностью, сопровождаемого впитыванием в грунт. Осесимметричное струйное течение жидкости, не смешивающейся с более плотной жидкой средой.
Цель работы. Изучение на основе теории «мелкой воды» процессов распространения жидких радиально симметричных сбросов по поверхности горизонтального грунта, сопровождаемых впитыванием в грунт. Изучение процесса распространения осесимметричной струи, не смешивающейся с окружающей жидкостью. Выявление качественных закономерностей отмеченных явлений и факторов, оказывающих наибольшее влияние на параметры сбросов.
В связи с поставленной целью решались следующие задачи:
-
Изучение процесса радиально – симметричного растекания сбросов над горизонтальной поверхностью, сопровождаемых впитыванием в грунт на основе принятой модели.
-
Исследование влияния сил сопротивления со стороны флоры, со стороны земной поверхности, влияния параметров грунта и свойств жидкости на параметры растекающейся жидкости.
-
Изучение процесса всплытия осесимметричной струи в потоке жидкости.
Достоверность. Достоверность результатов диссертации основана на использовании фундаментальных уравнений механики сплошных сред, проведении тестовых расчетов, сравнении результатов расчетов с аналитическими решениями, с экспериментальными данными, и с результатами других авторов.
Научная новизна работы.
-
Решена задача для профиля высоты нестационарного процесса радиального растекания жидкости вдоль подстилающей поверхности на инерционном этапе, учитывающая связь скорости растекания и высоты на границе в акустическом приближении.
-
Для инерционного этапа растекания получена простая формула, связывающая время от начала сброса до того момента, когда будет справедлива теория «мелкой воды» и радиус разлива в этот момент времени.
-
Изучена эволюция растекания жидкости от точечного источника при различных формах сопротивления со стороны флоры и грунта.
-
Проведено численное исследование влияния различных параметров осесимметричной струи и внешних факторов на особенности процесса ее распространения в потоке более плотной жидкости.
Практическая ценность. Изучение движения сбросов над поверхностью грунта и в глубине водоемов расширяет теоретические представления о процессах распространения и накопления жидких сбросов в окружающей среде.
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались на следующих конференциях и научных школах:
- III Всероссийская научно–теоретическая конференция «ЭВТ в обучении и моделировании» (Бирск, 2004)
X Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых (ВНКСФ-10, Москва, 2004)
IV Региональная школа–конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2004)
IV Региональная научно-практическая конференция «ЭВТ в обучении и моделировании» (Бирск, 2005)
V Региональная школа–конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2005)
VI Региональная школа-конференция для студентов, аспирантов и молодых ученых по математике, физике и химии (Уфа, 2006)
Российская конференция «Механика и химическая физика сплошных сред» (Бирск, 2007)
Международная конференция, посвященная 100-летию академика Халила Ахмедовича Рахматуллина «Современные проблемы газовой и волновой динамики» (Москва, 2009)
Научно – практическая конференция «Наукоемкие технологии в машиностроении» (Ишимбай, 2009)
Всероссийская молодёжная научная конференция «Мавлютовские чтения» (Уфа, 2009)
Российская конференция «Многофазные системы: природа, человек, общество, технологии» посвященная 70-летию академика Р.И. Нигматулина (Уфа, 2010)
Кроме того, результаты работы докладывались и получили положительную оценку на научных семинарах кафедры прикладной математики и механики Стерлитамакской государственной педагогической академии им. Зайнаб Биишевой под руководством член-корр. АН РБ, д.ф.-м.н. Шагапова В. Ш. и д.ф.-м.н. Гималтдинова И. К. (2003–2010 гг.)
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 14 работах, список которых приведен в конце автореферата, в том числе 2 работы из списка журналов, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 106 стр., в том числе 37 рисунков. Список литературы состоит из 164 наименований.
