книги2 / монография 51

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

УДК 00(082) ББК 65.26 Т 33

Рецензенты:

Курманова Лилия Рашидовна, доктор экономических наук, Башкирский государственный университет

Старцев Андрей Васильевич, доктор технических наук, Государственный аграрный университет Северного Зауралья

Епхиева Марина Константиновна, кандидат педагогических наук, Северо-Осетинский государственный университет имени Коста Левановича Хетагурова

Ванесян Ашот Саркисович, доктор медицинских наук, Башкирский государственный университет

Коллектив авторов Вахитова И.И., Гавчук Д.В., Дубинин А.А., Дуянова О.П., Екшикеев Т.К.,

Исхакова Г.С., Исхакова Р.Р., Каримов М.И., Обухова И.А., Погребняк Н.Н., Путренок Е. Л., Сергеев М.Н.

Т 33

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ

ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН: МОНОГРАФИЯ. ВЫПУСК 80 [ПОД РЕД. А.А. СУКИАСЯН]. - УФА: АЭТЕРНА, 2023. – 164 С.

ISBN 978-5-00177-742-7

Монография «ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН» посвящена широкому кругу проблем, которые находятся в центре внимания. Монография призвана дать представление об актуальных теоретических подходах и концепциях, аналитических обзорах и практических решениях в конкретных сферах науки, общества, образования.

Ответственность за точность цитат, имен, названий и иных сведений, а также за соблюдение законов об интеллектуальной собственности несут авторы публикуемых материалов. Материалы публикуются в авторской редакции.

Все материалы проходят рецензирование (экспертную оценку). Точка зрения редакции не всегда совпадает с точкой зрения авторов публикуемых статей.

Материалы представлены в авторской редакции. При перепечатке материалов коллективной монографии ссылка обязательна.

УДК 00(082) ББК 65.26

ISBN 978-5-00177-742-7

© ООО «Аэтерна», 2023 © Коллектив авторов,2023

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемая читателю работа – яркий пример междисциплинарности. Представители ряда гуманитарных и естественных наук объединяются, чтобы исследовать некоторые особенности научного развития.

Монография, по нашему мнению, будет интересна и полезна научным работникам, преподавателям, аспирантам и студентам вузов. Данная книга, на наш взгляд, окажет также несомненную и немалую пользу всем, кто интересуется проблемами развития и становления научной мысли. Хочется отметить, в связи с этим, прекрасный язык и стиль многих авторов, нередко приближающийся к художественному, а также высококачественные издательские характеристики книги, отличный дизайн, удачное структурирование излагаемого материала.

Начатая коллективом авторов работа, безусловно, имеет будущее, которое приведет к увеличению как круга поднятых вопросов, так и решения иных задач.

3

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

4

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

ГРАВА 1

ПРИБЛИЖЕННЫЙ РАСЧЕТ УСЛОВИЙ РАВНОВЕСИЯ КАПЛИ В ПОТОКЕ

Сергеев М.Н.

канд. техн. наук, доцент, РГАТУ имени П.А. Соловьева, г. Рыбинск, РФ

Аннотация

В работе рассматриваются условия равновесия капли при обтекании её потенциальным потоком воздуха. Выделяется три варианта, а именно: заряженная капля, вращающаяся капля, заряженная вращающаяся капля. Во всех случаях получена кривая равновесия, выраженная в виде зависимости числа Вебера от геометрического параметра капли и параметров, характеризующих заряд и угловую скорость её вращения. Капля представляется в виде эллипсоида. Приведены критические значения отношения полуосей эллипсоида, при которых капля абсолютно неустойчива.

Ключевые слова

Равновесие капли, электрический заряд, дробление, вращение, число Вебера, давление, поверхностное натяжение, энергия.

1.Устойчивость заряженной капли в потоке

Распыливание жидкости используется во многих технических устройствах, в частности, является важнейшим звеном в работе тепловых двигателей, работающих на жидком топливе. Дробление струи на капли происходит в форсунках. Далее капли могут испытывать вторичное дробление при аэродинамическом взаимодействии с окружающим их газовым потоком. Облегчить процесс вторичного дробления можно, если каплю зарядить электрическим зарядом.

Если жидкость, из которой состоит капля, является проводником, то заряд распространится по поверхности капли и силы Кулоновского отталкивания будут направлены против силы поверхностного натяжения. Это обстоятельство и является физической причиной облегчения распада капли.

5

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

В работе [1] рассмотрены условия дробления электрически заряженной сферической капли в потоке. Более строгий подход требует учета деформации капли, так как это влияет и на аэродинамику ее обтекания, и на характер распределения заряда по поверхности, а, следовательно, и на характер поверхностных сил.

При определении устойчивости капли в потоке будем использовать метод, предложенный в [2]. Суть этого метода состоит в том, что капля считается находящейся в равновесии, если давление внутри нее в точках А и В равны. Капля при этом полагается имеющей форму сфероида (сплюснутый эллипсоид), а точки А и В, как видно из рисунка, находятся в наиболее сильно отличающихся геометрических и аэродинамических

где ρ – плотность газа, U0 – скорость капли относительно потока, do = 2ro - диаметр исходной капли, σ- коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Рис. 1.1. Схема деформации заряженной капли

При некотором критическом значении числа , которое определяется по характеру зависимости от соотношения между полуосями эллипсоида, капля становится неустойчивой и происходит ее распад. Определение этого числа и зависимости его от величины заряда капли и составляет цель данной работы.

Запишем условия равновесия капли при наличии у неё электрического заряда.

6

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

электрического отталкивания зарядов на поверхности капли используем формулы для распределения поверхностной плотности заряда на проводящем эллипсоиде (в системе СГСЭ) [3].

7

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

Минус в формуле (1.15) связан с тем, что электростатическое давление направлено в сторону противоположную внешнему, связанному с поверхностным натяжением.

Подставим (1.10) и (1.11) в (1.15) и далее в равенство (1.2), которое с

давления и давления, обусловленного поверхностным натяжением. Действительно, электрическое давление для сферы есть

Из последнего выражения следует, что при значении числа > 1 равновесного состояния сферической капли вообще нет.

Это число также связано с отношением энергии электрического поля капли и энергии поверхностного натяжения. Действительно, для энергии электрического поля капли имеем

8

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

Уравнения (1.16) - (1.20) позволяют рассчитать зависимость =( , ). Результаты соответствующих расчетов приведены на рис. 1.2.

Рис. 1.2. Зависимость = ( , )

Кривая = ( , ) является кривой равновесных состояний. При заданном каждая линия имеет максимум кр, который отделяет область устойчивых значений от неустойчивых [2]. Если при движении в потоке капля, постепенно деформируясь, достигает значения = кр и при этом имеет место > кр, то равновесное состояние становится недостижимым и капля распадается. Как видно из рис. 2, при = 0, т.е. при отсутствии заряда, = 3.75 и = 6, что находится в полном соответствии с данными работы [2]. При увеличении предельное значение числа кр уменьшается. Для определения зависимости кр =

9

ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО СООБЩЕСТВА В ЭПОХУ ГЛОБАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕН

значения кр представлены на рис.1.3.

Рис. 1.3. Зависимость критических параметров от числа

Из этого рисунка видно, что при изменении числа S от 0 до 1 критическое число Вебера меняется от 3.75 до 2.96, соответствующее изменение соотношения между осями эллипсоида более значительное от 5.97 до 13.55. Таким образом, наличие заряда на поверхности капли влияет двояким образом. С одной стороны уменьшается предельное аэродинамическое воздействие, приводящее к дроблению капли, с другой стороны критическое равновесное значение отношения полуосей эллипсоида увеличивается и становится трудно достижимым, что также способствует дроблению. Дело в том, что при больших значениях k имеет место значительная колебательная неустойчивость капли.

Смещение восходящей ветви кривой = ( , ) вправо связано с особенностями распределения зарядов по поверхности капли и соответственно электростатического давления. Действительно, для точек

10