Устойчивость поверхности раздела

В качестве первого приближения была высказана гипотеза о возможности интерпретации двухфазного пристенного слоя в виде системы струек жидкости неправильной формы, обтекаемых паром. При такой схеме кризис кипения рассматривается как чисто гидродинамический эффект, являющийся следствием нарушения устойчивого существования жидких образований в потоке пара, образующемся в пристенном слое. В аналитическом плане задача об устойчивости поверхности раздела жидкость — газ рассматривалась в ряде работ [8—11]. Приложение и развитие этого анализа применительно к кризису кипения, сделанное в [5], привело к функциональной связи, дающей возможность учесть влияние вязкости жидкости на критические нагрузки, В результате сопоставления с опытом были получены следующие критериальные формулы [c.80]

Получение направленной структуры требует задания определенного градиента температуры у фронта затвердевания, обеспечивающего динамическую устойчивость поверхности раздела твердой и жидкой фаз. Плоский фронт кристаллизации устойчив при отсутствии концентрационного переохлаждения, что определяется условием [c.417]

Хорошо известные классические работы по устойчивости поверхности раздела двух жидкостей разной плотности в поле силы тяжести (неустойчивость Рэлея-Тэйлора при расположении тяжелой жидкости над легкой), рассматривавшие задачу в линейном приближении, пополнились позднее работами, посвященными эволюции возмущений на нелинейной стадии. Так, показано ), что при задании на поверхности жидкости первоначально синусоидальных возмущений малой амплитуды обращенные вниз выпуклости поверхности превращаются в растущие со все большей скоростью пальцы , вверх же всплывают пузыри , достигая постепенно постоянной скорости подъема. Развитие подобного вида структур исследовано также в случаях, когда поверхность возмущена в двух направлениях и образующиеся периодические структуры являются трехмерными. [c.205]

Существование решения, отвечающего сохранению формы частицы, еще не означает, что граница раздела будет устойчивой к различного рода возмущениям. Так, в тех случаях, когда какой-либо участок поверхности раздела выдвигается вперед и обгоняет соседние участки в росте, необходимо учитывать возможность того, что эта флуктуация будет возрастать, а не исчезать. В некоторых отношениях подобная ситуация очень сходна со случаем неустойчивой поверхности раздела между жидкой -и твердой фазами в момент начала дендритного роста. Проблема устойчивости поверхности раздела при превращениях в твердом состоянии очень сложна, однако Хэм показал, что неустойчивость формы не может быть результатом только условий диффузии. [c.260]

Расчет Кирхгофа относится к бесконечно длинной пластинке, следовательно, он очень плохо согласуется с результатом опыта. Наоборот, хорошее совпадение расчета с опытом получается в том случае, когда при обтекании водой пластинки пространство позади пластинки заполняется воздухом (или парами жидкости, как это имеет место при очень высоких скоростях). В этом случае поверхности раздела совсем или почти не распадаются, и поэтому условия, положенные в основу теории, хорошо удовлетворяются. На рис. 142 изображена такая устойчивая поверхность раздела, получившаяся в результате выстрела в воду через стенку стеклянного сосуда. [c.249]

Возникает сложная проблема определения реализующегося в действительности горизонтального масштаба периодических движений, а также их структуры. Эта проблема (упорядоченные структуры, возникающие в результате неустойчивости основного состояния) не составляет специфики только конвекции в горизонтальном слое, подогреваемом снизу. Аналогичная задача отбора надкритических движений возникает при исследовании других ситуаций, среди которых назовем устойчивость плоскопараллельных потоков и кругового течения Куэтта между вращающимися цилиндрами устойчивость поверхности раздела, в частности, поляризующихся жидкостей во внешних полях устойчивость фронта пламени различные виды поверхностной турбулентности и т. д. [c.146]

В настояш,ей главе рассматриваются резонансные колебания свободной поверхности жидкости (или поверхности раздела несмешивающихся жидкостей), возникающие под действием вибраций. Излагаются линейная и нелинейная теории ряби Фарадея с последовательным учетом вязкости, изучаются устойчивость поверхности раздела жидкостей в поле горизонтальных вибраций и вибрационное возбуждение резонансных колебаний капли, окруженной жидкостью другой плотности. [c.11]

Таким образом, в невязком случае мы имеем дело с проблемой устойчивости поверхности раздела двух встречных потоков, причем разность их скоростей является периодической функцией времени. Аналогичная задача изучалась в [32]. Отличие лишь в том, что в [32 рассматривались слои бесконечной толщины. Это отличие должно стать существенным для возмущений, длина волны которых сравнима с толщиной слоев или превосходит ее. [c.47]

Условием устойчивости поверхности раздела является положительность левой части (3.1.16). Из трех входящих в нее слагаемых два — капиллярное и вибрационное — положительны вне зависимости от соотношения плотностей сред. Таким образом, высокочастотные вибрации как бы сообщают поверхности раздела сред дополнительную упругость. Знак гравитационного слагаемого определяется разностью плотностей сред. Если нижняя жидкость тяжелее верхней, то Р > О, все слагаемые в левой части (3.1.16) положительны и поверхность раздела устойчива относительно возмущений любой длины волны. При обратном соотношении плотностей гравитационное слагаемое отрицательно, и знак левой части (3.1.16) определяется значением волнового числа возмущений. [c.98]

Обсудим подробнее условия подавления неустойчивости Рэлея-Тейлора. Перепишем формулу (3.1.16) в безразмерном виде, используя в качестве единиц длины и частоты капиллярные единицы, используемые в 1.1, т. е. и [ р p )g соответственно. Кроме того, нормируем плотности сред на сумму плотностей. Условие устойчивости поверхности раздела, т. е. условие положительности левой части (3.1.16), в этих единицах имеет вид [c.99]

При выполнении указанных предположений для изучения устойчивости поверхности раздела можно воспользоваться осредненными уравнениями и граничными условиями, полученными в 2.1, и дополненными учетом центробежной силы. Будем искать состояния квазиравновесия, в которых средние течения отсутствуют и все величины в среднем стационарны. Задача по определению квазиравновесной формы поверхности раздела формулируется следующим образом. Нужно [c.131]

Устойчивость поверхности раздела жидкостей в поле высокочастотных поступательных вибраций произвольной ориентации [c.158]

Машиностроение движение газа и пара в каналах турбин и вентиляторов, охлаждение двигателей, теория горения в камерах, гидродинамическая и газодинамическая теории смазки, гидравлические насосы, демпферы, умножители давления, гидравлические прессы, пневматика в приборостроении, транспортировка жидкости и газов по трубопроводам и каналам, движение жидкостей и газов с учетом химических реакций, флотации и барботажа в устройствах химического машиностроения (химические колонны и т.п.), задачи фильтрации газа и нефти через пористые среды, задачи литья, сварка взрывом, устойчивость поверхности раздела жидкостей и газов, ветряные двигатели, борьба с шумом, струйная печать, струйные резаки горных пород. [c.28]

Ранее уже было показано, что ограничения по устойчивости поверхности раздела (срыву жидкости) и по скорости звука не являются лимитирующими и что значение радиального теплового потока приемлемо. Рассчитанная тепловая труба должна также обеспечить [c.113]

Прежде чем перейти к основному материалу этого раздела (гравитационные волны в непрерывно стратифицированной жидкости), мы остановимся на значительно более простом случае внутренних волн, который легко исследовать при помощи методов, развитых в гл. 3. Во многих глубоких эстуариях (таких, как норвежские фиорды) пресная речная вода обычно движется по направлению к морю над более тяжелой соленой водой происходит это главным образом потому, что приливно-отливные движения слишком слабы, чтобы преодолеть гравитационную устойчивость поверхности раздела между пресной и соленой водой за счет турбулентного перемешивания (но-крайней мере в тех случаях, когда поверхность моря сравнительно спокойна). Мы изучим динамику такой внутренней поверхности, полагая, что в идеализированном случае она представляет собой тонкую поверхность раздела между тяжелой жидкостью с постоянной плотностью Ра и более легкой жидкостью с постоянной плотностью р1 <С р2. Таким образом, никакие эффекты диффузии соленой воды в лежащую выше пресную воду не будут учитываться. [c.348]

Если ширина зоны горения мала по сравнению с характеристическими размерами сосуда, где происходит химическая реакция, чисто газодинамическая задача становится отделимой от химической задачи. Поэтому, пренебрегая толщиной зоны горения, можно рассмотреть устойчивость поверхности раздела продуктов сгорания и свежей смеси. На этой поверхности состояние газа испытывает скачок, т. е. она представляет собой поверхность разрыва. [c.44]

Теоретическое обоснование появления при распаде струи капель различного диаметра на основе рассмотрения неустойчивых капиллярных волн на поверхности раздела двух вязких жидкостей было выполнено в работе [86]. Эта задача решалась при предположении, что длина капиллярных волн на поверхности струи мала по сравнению с радиусом струи, следовательно, можно провести анализ устойчивости поверхности раздела двух жидкостей под действием вязких сил и сил поверхностного натяжения методом малых возмущений. Эти исследования показали, что существует ряд неустойчивых капиллярных волн, приводящих к отрыву от поверхности раздела шнуров> различных размеров, которые в предельной форме распадаются на капли различных размеров. [c.102]

Если ширина зоны горения мала по сравнению с характеристическими размерами сосуда, где происходит химическая реакция, чисто газодинамическая задача становится отделимой от химической задачи. Поэтому, пренебрегая толщиной зоны горения, можно рассмотреть устойчивость поверхности раздела продуктов сгорания в свежей смеси. [c.145]

Рассматривается устойчивость геотермальной системы в случае, когда слой воды находится над слоем перегретого пара в пласте с относительно низкой проницаемостью, расположенном между двумя высокопроницаемыми параллельными пластами. Получено решение стационарной ограниченной задачи с поверхностью фазового перехода, разделяющей области существования воды и пара, в предположении малости конвективного переноса энергии по сравнению с кондуктивным. Исследование нормальной устойчивости поверхности фазового перехода показывает, что устойчивые конфигурации в рассматриваемой геотермальной системе почти всегда существуют в диапазоне проницаемостей, ограниченном сверху величиной к Ю - м . Критерий преобладания кондуктивного переноса энергии над конвективным, являющийся в то же время критерием существования базового решения, оказывается, таким образом, и критерием устойчивости поверхности раздела фаз в рассматриваемой геотермальной системе. Достаточно высокое значение проницаемости, удовлетворяющее этому критерию, позволяет объяснить существование устойчивых природных геотермальных резервуаров, где слой воды расположен над слоем пара. [c.3]

Превращение произойдет тогда, когда выигрыш в энергии от перехода в более устойчивое состояние будет больше потери энергии, идущей па образование поверхности раздела. [c.49]

Таким образом, течение газа внутри пузырька полностью описывается при помощи соотношений (4. 1. 13) — (4. 1. 15), (4. 1. 32), (4. 1. 41). Проанализируем устойчивость формы пузырька. С этой целью определим нормальную компоненту скорости течения газа на поверхности раздела фаз, которая представляет собой скорость движения поверхности раздела фаз [c.128]

Вильгельм и Райс [878] применили теорию устойчивости Тейлора для поверхности раздела [785] и предложили две модели, исходя из понятия устойчивости 1) псевдоожижение системы жидкость — твердое те.ло в гомогенном слое, причем и плотность и вязкость плотного слоя почти те же, что и у жидкости 2) псевдоожижение системы газ — твердые частицы, когда плотный слой ведет себя как суспензия, причем плотность слоя определяется как средневзвешенное значение плотностей твердых частиц и газа. [c.410]

Переход из одного состояния в другое, например, из жидкого в твердое, возможен тогда, когда твердое состояние более устойчиво, имеет более низкое значение свободной энергии. И так как переход из одного состояния в другое требует затраты энергии на образование поверхности раздела жидкость-кристалл, то превращение произойдет тогда, когда она будет меньше энергии перехода в более устойчивое состояние. [c.42]

В классических представлениях феномен поверхностной энергии, определяющий устойчивость какой-либо поверхности раздела, связывают с некоторым избытком свободной энергии на границе раздела - свободной поверхностной энергией пропорциональной площади поверхности раздела фаз 5 [c.113]

Возникшие на поверхности нагрева паровые пузырьки отрываются от поверхности и, сливаясь друг с другом, приводят к образованию вблизи поверхности нагрева паровых струй или слоев, под которыми находится тонкий слой жидкости. Пар и жидкость могут двигаться как перпендикулярно поверхности нагрева, так и вдоль нее. Чтобы установить характерные особенности кризиса кипения, надо рассмотреть условия устойчивости границы раздела между движущимися жидкостью и паром. [c.470]

Для определения степени устойчивости движения на границе пар-жидкость следует исходить из тех же соображений, которые были развиты ранее для случая кипения в большом объеме, и в частности, использовать соотношение (12.58), в котором член кд р — р")/(р + р"). обусловленный влиянием силы тяжести, следует отбросить. Таким образом, выражение для циклической частоты со развивающихся на поверхности раздела пар—жидкость возмущений имеет вид [c.480]

Так как число Рейнольдса пропорционально отношению инерционной силы к силе вязкости, нахождение условий, определяющих границы устойчивости, должно производиться с учетом вязких свойств жидкости. Однако первое представление о механизме возникновения неустойчивости в прямолинейном потоке можно получить с помощью схемы движения поверхности раздела двух слоев идеальной жидкости. [c.360]

Отметим еще один принципиальный момент. Интеграл основного уравнения дает форму равновесной поверхности раздела фаз. Однако не все решения на самом деле можно наблюдать на практике. Меж-фазная поверхность должна не только удовлетворять условиям гидростатического равновесия, но еще и быть устойчивой, по крайней мере, к малым отклонениям формы от равновесного состояния. Это значит, что если произошло исчезающе малое отклонение формы от равновесной, система обязана вернуться в исходное состояние. Тогда такая форма устойчива (в малом). Если же, напротив, какое-либо незначительное отклонение вызывает дальнейшее прогрессирующее изменение формы, то система абсолютно неустойчива. На практике могут существовать лишь устойчивые равновесные состояния. Аналитическое исследование устойчивости равновесных форм поверхности раздела представляет собой достаточно трудную задачу. [c.92]

В результате подобных наблюдений уже давно возник вопрос об устойчивости поверхности раздела между жидкостью и газом. Сначала Тейлор [48] теоретически, а Льюис [29] экспериментально изучили основной случай устойчивости или неустойчивости при ускорении поверхности раздела между двумя жидкостями разной плотности в направлении ее нормали. Плессет следующим образом изложил решение Тейлора [39]. [c.170]

Рассматривая устойчивость поверхности раздела, изогнутой по сфере, Плессет [38] рассуждал следующим образом [39]. [c.172]

При рассмотрении роли неустойчивости прежде всего отметим, что выводы Плессета, изложенные в предыдущем разделе для ускоренных сферически симметричных движений, свидетельствуют о существовании устойчивой поверхности раздела в процессе роста пузырька. Неустойчивость должна проявляться при схлопывании. Хотя на фотографиях, подобных представленным на фиг. 4.1 и 4.18, обычно не удается обнаружить больших отклонений от сферической симметрии в процессе схлопывания, в экспериментах с отдельными пузырьками ясно видно искажение их поверхности. Наполненный газом пузырек при минимальном объеме, вероятно, не будет симметричным, и его повторный рост будет сопровождаться искажением поверхности. С другой стороны, дробление наполненной газом каверны при схлопывании может привести к образованию облака пузырьков при повторном расширении. [c.176]

Условия устойчивости поверхности раздела можно получить из цепочки уравнений (1.1.78) методом, аналогичным использованному выше для случая свободной поверхности. Проводя процедуру е-раз-ложения вида (1.1.41), получим условия невозбуждения первого резонанса [c.23]

Гладкая поверхность раздела обычно реализуется при очень малых скоростях течения смеси. С увеличением скорости потока и уменьшением расходного газосодержания устойчивость поверхности раздела нарушается и на ней образуются волны. Причем типы волн, формирующихся на поверхности раздела, весьма различны. При сравнительно малых скоростях потока образуются плоские волны с гребнями, распространяющимися на всю ширину границы раздела. Устойчивые плоские волны наблюдаются при больших глубинах заполнения жидкости и соответствуют диапазону изменения истинного газосодержания 0,3 < ф < 0,8. В своем большинстве профили плоских волн близки к синусоидальным, их амплитуда и частота достаточно стабильны. При уменьшении газосодержания (ф < 0,3) плоские волны становятся неустойчивыми и поток быстро переходит в пробковый. И наоборот, при малых содержаниях жидкости (ф > 0,8) и больших скоростях течения газовой фазы, когда на поверхности раздела появляются шквальные волны, разделенный режим более устойчив. Амплитуда и частота шквальных волн изменяются беспорядочно, обра- [c.108]

Пусть имеется два слоя невязкой жидкости, перемещающихся в одном направлении со скоростями Uj и ы, (рис. 9.1, а) и отделенных поверхностью раздела MN. Предположим, что в результате случайного возмущения эта поверхность принимает волнообразную форму (рис. 9.1, б). Тогда на гребнях образовавшихся волн линии тока сгущаются и в силу уравнения неразрывности скорости возрастают. Во впадинах, наоборот, скорости уменьшаются. Поэтому согласно уравнению Бернулли р + = = onst на гребнях давление уменьшается (отмечено знаком минус), а во впадинах — возрастает (отмечено знаком плюс). Но, очевидно, такое движение не может быть устойчивым из-за образования разных по величине давлений по обе стороны поверхности раздела, поэтому последняя продолжает деформироваться (рис. 9.1, в, г,д) и под действием продольных скоростей свертывается в дискретные вихри (рис. 9.1, е). [c.360]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...