Введение к работе
Своеобразным типом физических колебаний являются периодические изменения температуры тела, называемые температурными колебаниями или термическими осцилляциями.
Несмотря на широкую распространённость в природе и технике, этому типу колебаний в большинстве работ по теплофизике серьёзного внимания не уделяется. Причиной такого положения, возможно, служит то обстоятельство, что свободных температурных колебаний в природе не существует. Что касается вынужденных температурных колебаний, то принято считать, что они возникают в системах только при тепловых воздействиях на последние.
Между тем, как это следует из приведенных в диссертации экспериментальных и теоретических исследований, а также из работ других авторов, возбудить термические осцилляции в системе могут не только переменные тепловые воздействия, но и периодические процессы различной физической природы - механические, электрические, магнитные, оптические, акустические и прочие.
Более того, при определённых условиях в физической системе могут возникнуть не только вынужденные, но значительно чаще параметрические температурные колебания.
Актуальность темы
Изучение температурных колебаний, присутствующих в различных технических устройствах и аппаратах и оказывающих влияние на процессы, протекающие в этих системах, несомненно имеет практическое значение. Более того, знание особенностей термических осцилляции и их взаимодействие с протекающими в системе физико-химическими процессами открывает перспективу использования этих осцилляции для наблюдения и управления подобными процессами, особенно, когда они протекают в удалённых или труднодоступных местах (реактивных летательных аппаратах, ядерных энергетических установках и т.п.).
Цель работы
Целью настоящей работы является:
всесторонне изучить особенности температурных колебаний и их взаимодействие с колебаниями иной физической природы;
раскрыть природу параметрических взаимодействий температурных и нетепловых колебаний и сформулировать условия, при которых они возникают;
экспериментально получить новые типы комбинированных тер-моколехбаний и предложить методы их практического использования;
- определить влияние термических осцилляции нагревателя в процессе кипения на интенсивность теплоотдачи к окружающей жидкости и возникновение акустического сопровождения.
Методы исследования
Были использованы экспериментальные, теоретические и вычислительно-математические методы.
Научная новизна
Научная новизна настоящей диссертации заключается в разработке, ранее отсутствовавшей в теплофизике области - физики температурных колебаний и их взаимодействия с нетепловыми колебаниями.
При этом разработана оригинальная методика, позволившая со значительной точностью определить основные зависимости параметров температурных и комбинированных термоколебаний от условий протекающего физического процесса.
Определены частоты и фазы температурных колебаний, параметрически возбуждённых в системе нетепловыми колебаниями, выяснены физические механизмы взаимной раскачки разнородных периодических процессов, в результате чего в системе устанавливаются сложные, комбинированные автоколебания.
Выяснена энергетика и физическая природа сил, приводящих к взаимоусилению разнородных колебаний.
Внесены существенные коррективы в общеизвестные условия возникновения обычного параметрического резонанса для случая взаимодействия температурных и нетепловых колебаний
Экспериментально получены разнообразные термомагнитные колебания и теоретически обоснована возможность распространения в проводящих средах магнитотемпературных волн (двумерного солитона).
Экспериментально обнаружены термокапиллярные колебания. В определенной степени выяснена роль термических осцилляции нагревателя на характер протекания фазового превращения жидкости в пар при кипении и сопровождающих этот процесс термоакустических волн.
Исследован процесс термопараметрического возбуждения интенсивных поперечных колебаний натянутых токонесущих проволок, моделирующий "пляску" проводов ЛЭП.
Научное и практическое значение работы
Установлено, что происходящие в системе разнообразные периодически повторяющиеся физические процессы способны возбудить в ней термические осцилляции.
Выяснено, что температурные колебания способны параметрически усиливать исходные нетепловые колебания, которые в свою оче-
редь, оказывают интенсифицирующее воздействие на термические осцилляции, в результате чего в колебательной системе часто возникают комбинированные термоавтоколебания.
Уточнены частотные и фазовые условия, при которых в системе происходи г параметрическое взаимоусиление сосуществующих разнородных колебаний, широко встречающихся на практике.
Выяснен механизм и энергетика параметрического возбуждения температурных колебаний периодическими изменениями реактивных параметров нетепловых колебаний.
Теоретически обоснована возможность образования магнитотермичес-ких волн в проводниках, внесенных в магнитостатическое поле.
Обнаружен и исследован ряд ранее неизвестных комбинированных термоколебаний, способных играть существенную роль в технике.
На основе ряда опытов на моделях проводов ЛЭП сформулировано утверждение, что в известном явлении «пляски» проводов электропередачи определённую роль играют термомеханические колебания.
На защиту выносятся следующие положения и результаты:
-
О возможности возбуждения температурных колебаний периодическими нетепловыми воздействиями.
-
О существовании в обогреваемой колебательной системе параметрического взаимодействия и взаимоусиления нетепловых и температурных колебаний, в результате чего возникают сложные комбинированные автоколебания.
-
Возможность использования термических осцилляции нагревателя для интенсификации процесса теплообмена.
-
Уточнение условий возникновения параметрического взаимодействия и взаимоусиления температурных колебаний и колебаний нетепловой природы.
-
Теоретическое обоснование и экспериментально подтвержденное существование ранее неизвестных термомагнитных колебаний и волн, а также термокапиллярных пульсаций.
-
Экспериментальные результаты исследований влияния температурных колебаний нагревателя на протекание процесса кипения и характер сопровождающих его теплообмена и акустического излучения.
-
Результаты опытов, согласно которым при определенных условиях "пляска" проводов ЛЭП может возникнуть под воздействием термомеханических колебаний последних.
Апробация работы
Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих совещаниях, конференциях, семинарах:
1) I и II Минские международные форумы по тепломассообмену
(Минск, 1988, 1992)
-
I и II Всесоюзные конференции «Теплофизика и гидродинамика процессов кипения и конденсации» (Рига, 1982, 1988)
-
II Всесоюзное совещание «Метастабильные фазовые состояния -теплофизические свойства и кинетика релаксации» (Свердловск, 1989)
-
VII и VIII Всесоюзные конференции «Двухфазный поток в энергетических машинах и аппаратах» (Ленинград, 1985,1990)
-
XIV и XV ежегодные региональные "Чтения по физике СКНЦ" (Нальчик, 1986, Ростов-на-Дону, 1987)
-
Объединенный семинар Института теплофизики СО АН СССР (Новосибирск, 1986.)
А также на научных семинарах и конференциях Ставропольского ВВА-УЛШ (1984), 52-й научной конференции Ставропольского СХИ (1984). Ставропольского ВАЛУ (1996, 1998),
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, приложения, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 333 страницы, в том числе 73 рисунка. Список цитированной литературы включает 370 наименований.