Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Соударение жидких и твердых масс Коробкин, Александр Алексеевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Коробкин, Александр Алексеевич. Соударение жидких и твердых масс : автореферат дис. ... доктора физико-математических наук : 01.02.05 / Рос. АН Сиб. отд-ние. Ин-т гидродинамики им. М. А. Лаврентьева.- Новосибирск, 1995.- 36 с.: ил. РГБ ОД, 9 95-2/3010-1

Введение к работе

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

Проблема соударения жидких и твердых масс принадлежит широкому классу задач о неустановившемся движении жидкости, занимающей изменяющуюся со временем область, граница которой состоит из свободной поверхности, движущейся твердой поверхности и линии контакта между ними. Необходимость детального изучения этого явления возникает в корабельной гидродинамике (резкие вертикальные движения корабля, удар волны о корпус судна), авиации (посадка гидросамолета на воду, полеты в дождь), энергетике (соударение жидких капель с лопатками паровых турбин, капельное охлаждение реакторов АЭС). При этом характер распределения гидродинамического давления по смоченной части тела, а также его величина определяются начальной скоростью удара, сжимаемостью жидкости, упругими свойствами тела и другими факторами. Исследование процессов соударения представляет значительные математические трудности, которые обусловлены неустановившемся характером течения жидкости, нелинейностью условий на ее свободной границе, а также струйными и кавитационными явлениями.

Важно заметить, что в каждый момепт времени требуется определить не только поле скоростей жидких частиц, но и саму область течения, а также разбиение ее границы на компоненты "смоченная часть поверхности тела", "свободная граница" и "линия контакта". Какие-либо строгие результаты, относящиеся к этой проблеме, практически отсутствуют, а количественная информация может быть получена только с помощью численных методов. Однако для понимания динамики процесса и разработки адекватного вычислительного алгоритма необходимо аналитическое исследование качественной картины явления с получением асимптотик решения для характерных стадий процесса, описание которых численными методами затруднительно.

В этом смысле особый интерес вызывает начальная стадия соударения, когда основные величины претерпевают значительные изменения. Иногда эти изменения носят ударный характер и тогда сжимаемость жидкости становится определяющим фактором. Анализ начального

этапа дает необходимые оценки для расчета конструкции на прочность, а также начальные данные для дальнейшего численного счета. Исследование этой стадии интересно еще и потому, что в начальный момент меняется топология области течения: появляется отсутствовавшая ранее компонента границы жидкости, примыкающая к твердой поверхности. Скорость расширения смоченной части тела на начальном этапе может превышать местную скорость звука в жидкости даже тогда, когда скорости соударения не очень велики. Поэтому пренебрежение сжимаемостью жидкости может вести в некоторых случаях к физически нереальным результатам.

В связи с этим актуальным является исследование роли сжимаемости жидкости при ее соударении с твердыми поверхностями.

  1. Построение теории соударения затупленного тела со слабо сжимаемой жидкостью и исследование на ее основе особенностей течения и распределения давления.

  2. Выявление роли сжимаемости жидкости при низкоскоростном ее соударении с твердым телом.

  3. Анализ динамики волновых процессов в жидкости при ударе по ее границе.

  4. Выявление роли упругости тела на начальном этапе его взаимодействия с жидкостью.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ связана с использованием методов асимптотического анализа, математического аппарата теоретической акустики, методов математической физики.

ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных в работе теоретических результатов об особенностях течения жидкости при ее соударении с твердым затупленным телом подтверждается использованием строгих в рамках асимптотического анализа методов исследования. Эти результаты не противоречат выводам выполненных ранее работ других авторов, являясь их продолжением и развитием. Полученные закономерности полей скорости и давления согласуются с результатами вычислительного и лабораторного экспериментов.

  1. Предложен метод аналитического решения плоских задач соударения в рамках акустического приближения. Ранее такие задачи исследовались только численно. Основная идея метода заключается в регуляризации начально - краевой задачи относительно потенциала скоростей. После регуляризации задачи условие непроникания жидких частиц за поверхность проникающего тела приводит к простому ограничению на класс искомых функций.

  2. Изучены особенности течения жидкости и распределения давления при погружении затупленного контура в слабо сжимаемую жидкость. Волновая картина течения достаточно сложная, однако она верно описывается акустическим приближением. Показано, что акустическое приближение теряет силу вблизи точек контакта свободной границы жидкости с поверхностью твердого тела и вблизи точек присоединения фронта возмущений к свободной границе.

  3. Предложен метод описания навигационных явлений при соударении твердого тела со сжимаемой жидкостью. Задачи соударения - это задачи с односторонними ограничениями на перемещения жидких частиц и величину растягивающих напряжений как внутри жидкости, так и на ее границе. Показано как такие ограничения можно включить в схему расчета без существенного усложнения последней. Проведены расчеты для удара по плавающей пластине.

  4. Даны оценки длительности начального Этапа соударения, на котором свойство сжимаемости жидкости играет основную роль. Утверждается, что проявления акустических эффектов, которые связаны с конечностью скорости распространения сигнала, могут быть обнаружены при достаточно больших временах.

  5. Определены параметры брызговых струй, образующихся при погружении в слабо сжимаемую жидкость затупленного контура. Покаэанр,_что половина энергии, расходуемой телом на погружение с постоянной скоростью, переходит в кинетическую энергию брызговых струй.

  1. На примере задачи об ударе по торцу жидкого цилиндра произвольного поперечного сечения исследованы пропорции распределения энергии в области возмущенного движения. Показано, что четвертая часть энергии ударника преобразуется во внутреннюю энергию сжатой жидкости, три четверти энергии ударника преобразуется в кинетическую энергию возмущенного течения жидкости, одна треть которой локализована в окрестности фронта акустической волны.

  2. Исследована роль нелинейных эффектов в процессах распространения почти плоской и почти цилиндрической слабых ударных волн, генерируемых при ударе по границе сжимаемой жидкости с неравномерной скоростью. Даны оценки коэффициентов усиления таких ударных волн.

  3. Показано, что упругость твердой поверхности оказывает существенное влияние на процесс ее соударения со сжимаемой жидкостью. При этом гидродинамическое давление в области контакта может уменьшиться ниже своего начального значения только за счет деформации тела. На примере задачи об ударе волной по балке Эйлера продемонстрировано, что основное влияние на амплитуду напряжений в балке оказывает период волны, а не ее высота. Последняя определяет в основном вероятность ударных явлений.

Результаты, полученные в диссертации, а также развитые в ней методы и подходы к решению задач, способствуют формированию представлений о характере протекания процесса соударения жидкости с твердыми поверхностями и являются основой для проведения дальнейших теоретических разработок и построения адекватных и экономичных численных схем.

Основные результаты диссертации докладывались на семинарах академика С.К. Годунова (Институт математики СО РАН), академика Л.В. Овсянникова (Институт гидродинамики СО РАН), академика А.Ф. Сидорова (Институт математики и механики УрО РАН), член-корреспондента В.М. Фомина (Институт теоретической и прикладной

механики СО РАН), д.ф.-м.н. A.M. Блохина (Институт математики СО РАН), д.ф.-м.н. Б.А. Луговцова и д.ф.-м.н. P.M. Гарипова (Институт гидродинамики СО РАН), д.ф.-м.н. В.В. Пухначева (Институт гидродинамики СО РАН), а также на международных и всесоюзных конференциях.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

ОБЬЕМ РАБОТЫ: Работа состоит из предисловия, семи глав (разбитых на пункты), заключения, списка литературы из 95 наименований и 58 рисунков. Работа изложена на 235 страницах.