Волны на границе раздела фаз и устойчивость

ВОЛНЫ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ И УСТОЙЧИВОСТЬ [c.125]

Множество технических проблем и ряд процессов в природе связаны с волновым движением границы раздела фаз. Исторически волновые движения первоначально изучались применительно к анализу морских волн, механизма распада жидких струй и т.д. В настоящее время теория волновых движений относится к числу наиболее полно разработанных проблем гидромеханики. Это справедливо в первую очередь для ставшей уже классической линейной теории колебаний и устойчивости, которая основана на двух основных допущениях принимается, что соприкасающиеся фазы — невязкие (идеальные) жидкости и что амплитуда волновых колебаний намного меньше длины волны. [c.125]

При рассмотрении волновых движений главной задачей анализа является ответ на вопрос о развитии возмущений поверхности раздела во времени. Если первоначально наложенное на поверхность возмущение не будет нарастать во времени, то граница раздела фаз устойчива. Если же амплитуда волн, вызванных некоторым произвольным возмущающим воздействием, будет неограниченно нарастать во времени, то система неустойчива. Очевидно, что вопрос об устойчивости границы раздела фаз имеет очень много приложений к различным техническим задачам. [c.128]

Второй кризис кипения. Минимальные значения теплового потока в зависимости q = f At) на рис. 4-2 характеризуют второй кризис кипения. Этот тепловой поток ( кр2) соответствует обратному переходу пленочного режима кипения в ядерный режим и отличается значительно меньшей величиной, чем крь Это явление объясняется тем, что на границе раздела парового слоя с жидкостью возникают капиллярные волны, отличающиеся большой устойчивостью. Поэтому требуется значительное охлаждение стенки (снижение теплового потока) для того, чтобы изолирующее влияние паровой пленки стало уменьшаться, чтобы вновь имело место 246 [c.246]

Волны на поверхности пленки влияют не только на устойчивость течения, но и на энергообмен с окружающей средой по аналогии с неподвижной стенкой, покрытой пленкой. Волны могут существенно превышать шероховатость диска и увеличивают среднее касательное усилие, приложенное к поверхности раздела двухфазного пограничного слоя на диске, и способствуют передаче количества движения газу. Волновая структура на границе раздела фаз приводит к деформации профиля скорости в газе п увеличению гидравлического сопротивления диска. В рассматриваемом случае волны на поверхности пленки представляют не что иное, как подвижную шероховатость. Очевидно, волновая структура поверхности пленки приводит также и к увеличению пульсаций составляющих мгновенной скорости и степени турбулентности газа. [c.289]

Так, гидродинамическая мода теперь сопровождается очень медленным дрейфом системы вихрей вдоль границы раздела потоков (скорость дрейфа на два порядка меньше экстремальной скорости основного течения). Асимметрия граничных условий для возмущений температуры приводит также к снятию вырождения двух тепловых волн волновые возмущения, распространяющиеся вверх и вниз, теперь оказываются неравноправными с точки зрения устойчивости. При этом расчеты показывают, что характеристики неустойчивости для волны, распространяющейся возле одной из границ, практически не зависят от тепловых условий на другой границе (это, несомненно, связано с локализацией волнового возмущения в одном из потоков — факт, обнаруженный уже в работе [61] при решении симметричной задачи). Таким образом, в случае асимметричных условий в области 0,89 < Рг < 13,7 более опасна волна, распространяющаяся вдоль теплоизолированной границы, а при Рг > 13,7 - вдоль изотермической (точка Рг = 13,7 соответствует пересечению кривых на рис. 50). [c.86]

Критическое число Грасгофа при а= О равно = 1680, т.е. более чем втрое превосходит значение в отсутствие перегородки. Этот эффект можно объяснить следующим образом. Гидродинамическая мода неустойчивости связана с возникновением на границе раздела потоков стационарных вихрей, наклоненных к вертикали на некоторый угол (см. рис. 5). Условие исчезновения касательной компоненты скорости, на проницаемой перегородке делает невозможным развитие возмущений такой формы, что и приводит к повышению границы устойчивости. Как видно из рис. 51, с ростом параметра сопротивления критическое число Грасгофа растет по закону, близкому к линейному. При этом растет длина волны критических возмущений. [c.88]

На рис, 94 представлены нейтральные кривые Сг (/ ). Рис. 94, а относится к значению г = 1, принадлежащему области т < 5/3. При таком значении параметра течение состоит из двух встречных потоков. Как и следует ожидать, результаты исследования устойчивости в этом случае близки к соответствующим результатам для течения с кубическим профилем скорости. Имеются две моды неустойчивости. Одна из них (кривая 1) связана с развитием гидродинамических возмущений. Поскольку в обсуждаемом случае профиль скорости не является строго нечетным, вихри медленно дрейфуют вдоль границы раздела потоков вверх, причем соответствующая фазовая скорость мала по сравнению со скоростью основного течения. Кривая 2 соответствует неустойчивости типа нарастающих тепловых волн, распространяющихся в восходящем потоке с фазовой скоростью, близкой к максимальной скорости этого потока. Волновая мода является более опасной. [c.150]

Например, когда граница раздела неустойчива (об устойчивости течений см, (171, га. 3)), вклад полюса в дает волны, излучаемые границей Ц96], [c.276]

Исследовалась устойчивость равновесия системы, состоящей из двух плоских слоев несмешивающихся вязких жидкостей и находящейся в условиях невесомости. На деформируемой границе раздела сред действует сила поверхностного натяжения, линейно зависящая от температуры. Рассмотрены три модельные системы, возникновение неустойчивости в каждой из которых обусловлено конкретной асимметрией в свойствах жидкостей или толщине слоев. Обсуждаются условия возбуждения на поверхности раздела продольных термокапиллярных и поперечных капиллярных волн, поддерживаемых термокапиллярным эффектом. [c.13]

В системе с г ] = Т 2 и разными V колебательная ветвь 1 на фиг. 3 относится к случаю плоской недеформируемой границы раздела. Для любого значения числа Прандтля самый низкий порог устойчивости здесь будет соответствовать У] 0. Эта мода существует и в системе с деформируемой поверхностью раздела (кривая 2) в области средних и коротких волн. Кроме того, возможность деформации границы приводит к появлению еще двух ветвей колебательной неустойчивости. Вид кривой дисперсионного соотношения моды 3 говорит о ее принадлежности к капиллярному типу при > 1 и больших значениях капиллярного параметра. [c.18]

Из фиг. 5 и 6 следует, что вблизи границы устойчивости, пока амплитуда возмущений мала, определяющую роль в формировании рельефа играет безразмерная частота пороговые точки, полученные при различных амплитудах, согласуются друг с другом. Однако в надкритической области, где наблюдается резкое возрастание длины волны, частота перестает играть такую роль. Здесь, как видно из фиг. 5,1-5, отсутствует согласие между полученными при различных амплитудах результатами. Последнее свидетельствует о качественном изменении "поведения" поверхности границы раздела жидкостей и связано, очевидно, с проявлением надкритической динамики волн. [c.34]

Если верхняя жидкость течет со скоростью Шх относительно нижней, то теория показывает, что возникающие волны устойчивы только в том случае, если их длина достаточно велика. Короткие же волны, подобно тому, как это было показано в 7 для движения двух потоков жидкости вдоль поверхности раздела, неустойчивы, что приводит к перемешиванию обеих жидкостей в промежуточной зоне это перемешивание восстанавливает устойчивость течения. При увеличении скорости 71 граница между неустойчивостью и устойчивостью перемещается в сторону волн с большей длиной. Волны такого рода могут возникать также в атмосфере на границе двух слоев воздуха разной плотности, движущихся относительно друг друга иногда эти волны делаются видимыми благодаря образованию так называемых волнистых облаков. [c.134]

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]

Предварительным условием такого совпадения является сходство структуры у волн, следующих через невозмущенный разонатор в противоположных направлениях. Это условие выполняется с удовлетворительной точностью в резонаторах с малыми дифракционными потерями, а именно устойчивых и лежащих на границе области устойчивости . В случае устойчивых резонаторов поверхности разделов должны пролегать вдоль общих для всего семейства пучков опорных поверхностей (рис. 2.9) при плоских или эквивалентных им резонаторах - вдоль эквифазных поверхностей плоских или сферических волн решения в геометрическом приближении (рис. 3.1). [c.134]

Во всех цитированных работах свободная поверхность жидкости считалась плоской. Это ограничение было снято в работах Р ]. В первой из этих работ учитывались капиллярные волны на границе раздела двух жидкостей, а во второй — также и гравитационные в обеих работах принимался во внимание лишь термокапиллярный механизм неустойчивости. Рассмотрение показывает, что, как и в случае термогравитационной конвекции ( 9), учет деформируемости свободной поверхности приводит, в общем, к понижению устойчивости, причем эффект оказывается существенным в случае очень тонких слоев высоковязких жидкостей. [c.292]

Профили температуры и скорости (14.3) являются нечетными функциями поперечной координаты, и потому сохраняют силу свойства симметрии спектра возмущений чисто конвективного течения гидродинамическая мода развивается в виде неподвижной цепочки вихрей на границе раздела потоков, а две температурные волны с точки зрения устойчивости равноправны (напомним, что продольный градиент давления это вырожде ние снимает). [c.98]

Структурно-устойчивые каустики отнюдь не исчерпывают типы особенностей лучевых структур, возникающих в физических задачах. Это связано с различием классов возмущений, которые рассматриваются в теории катастроф и реализуются, вообще говоря, в конкретных физических задачах. Например, структурно-неустойчивыми оказываются такие, обладающие несомненной физической значимостью, объекты, как плоская и сферическая волны [151, 304]. Далее, не всегда выполняются условия достаточной гладкости функции р (г. г, ,ef) в (17.1). В средах со слабыми границами раздела, на которых испытывает разрыв градиент скорости звука, образуются разрывные (оборванные) каустики (см. [1, 428, 429, 448, 469] ). При переходе точки наблюдения через любую ветвь структурно-устойчи-вой каустики количество приходящих лучей меняется на четное число. Как мы видели в 9 и 14, в случае каустики с просачиванием или каустики, образованной при участии дифракционного луча, число приходящих лучей меняется на единицу. Указанные образования не подпадают под классификацию на основе теории катастроф. Другие примеры см. в [151, 4], [152]. [c.385]

Анализ результатов. Рассмотрим физическую сторону данного явления. В основе эффекта лежит неустойчивость границы раздела встречных потоков (неустойчивость Кельвина - Гельмгольца). Это явление (неустойчивость тангенциальных разрывов) хорошо известно для случая стационарных встречных потоков [8]. При этом граница устойчивости определяется критическим значением относительной скорости U потоков и для толстых блоев (сравнительно малых длин волн) определяется выражением [c.31]

В естеств. условиях диэлектрич. Р.— это среды с плавным изменением диэлектрич. проницаемости 8, обусловливающим формирование волноводного канала. Внутри диэлектрич. Р. плоские волны испытывают на границе раздела с внеш. средой полное внутр. отражение, образуя сна -ружи экспоненциально убывающие при удалении от Р. поля (поверхностные волны). Это возможно, когда скорость распространения вдоль Р. меньше скорости распространения плоских волн в окружающем пр-ве. Этим диэлектрич. Р. существенно отличаются от металлических. Другая их особенность состоит в том, что из-за неоднородности среды в них могут распространяться т. н. гибридные ЕН-или -волны. Они возникают и в экранированных системах с неоднородным заполнением. Аналоги таких Р. в оптике — волоконные системы (см. Волоконная оптика). Диэлектрич. Р., образуемые благодаря неоднородному распределению концентрации плазмы в ионосфере, обеспечивают сверхдальнее распространение радиоволн с малым ослаблением сигнала (см. Атмосферний волновод. Распространение радиоволн). При облучении нелинейного диэлектрика, магнетик 1 или плазмы мощными радиоволнами внутри этих сред могут образовываться самоподдерживающиеся Р., но они, как правило, не обладают достаточным запасом устойчивости. [c.607]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...