1. Вязкая жидкость в каналах с плохообтекаемыми элементами. Режимы перемешивания и кавитационного диспергирования
Течения вязкой несжимаемой жидкости по каналам, в которые внедрены плохообтекаемые элементы, представляет собой один из примеров, поясняющих принцип действия одного класса генераторов колебаний и волн.
Решение уравнений Навье-Стокса с граничными условиями прилипания на стенках канала, а также на поверхности обтекаемых элементов показало следующее. В течении возникают как застойные зоны, так и зоны, где происходит интенсивное перемешивание подобно тому, что имело место для твердых частиц в волновых полях. На фиг.20 представлены развитие во времени траекторий жидких частиц в ламинарном течении вязкой несжимаемой жидкости в канале, которые в начальный момент расположены между двумя внедренными в поток цилиндрами. Каждый из фрагментов иллюстрирует деформирование вводящейся в определенную зону течения струи через равные промежутки времени (через 1 секунду). Как видим, даже в этом простейшем случае, когда не принимается в расчет кавитация и турбулизация течения, течение способствует интенсивному перемешиванию жидкости.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фиг. 0.20
Кроме того, на тыльной по потоку стороне плохообтекаемых элементов, где происходит падение давления, возникают условия для возникновения кавитации.
Фиг. 0.21
На фиг. 21 показано экспериментальная фотография обтекания жидкостью трех цилиндров, в тыльной части которых видны кавитационные зоны.
Кавитационные зоны представляют собой одну из важнейших особенностей волновых режимов, которые наряду с вышеупомянутыми имеют технологические приложения. В частности, они могут играть существенную роль в технологических процессах диспергирования, перемешивания, гомогенизации, активации и т.п.
2. Закрученные кавитирующие потоки. Вихревые генераторы волн.
Закрученные течения жидкости в ряде случаев могут привести к возникновению кавитационных зон, вихревых зон разнообразной геометрии, к возникновению обратных токов. Как установлено теоретически и экспериментально авторами и их сотрудниками.
Кавитационные зоны возникают там, где давление снижается ниже определенного предела pν. Физически процесс кавитации зависит от термодинамики и от кинетики фазовых переходов, реализуемых в системе.
В настоящей работе исследование закрученных течений производилось на основании следующей математической модели. Уравнения движения Навье-Стокса для сжимаемого вязкого газа с условиями прилипания на непроницаемой части, ограничивающей поверхности и условиями втока на проницаемой части дополнены уравнением переноса для определения объемных долей жидкости и пара, возникающих в течении благодаря процессам вскипании и конденсации:
(0.11)
где
,
,ClvиCvl- эмпирические постоянные;VR– характерная скорость;tR– характерное время [ix],- плотность
смеси;p– давление;
(u, v,
w) – компоненты
вектора скорости;αl– объемная доля жидкости;
и
- члены, описывающие вскипание и
конденсацию; объемные доли жидкостиαlи параαvсвязаны между собою соотношением
.
Для моделирования турбулентности использовалась двухпараметрическая k-ε модель турбулентности.
Типичный режим течения приведен на фиг.22.
Расчеты показали, что в ряде режимов, характерных для рассматриваемых течений происходит, также как и в предыдущем случае, перемешивание жидкости, в других режимах в течении возникают незатухающие колебания, все режимы сопровождаются возникновением кавитационных зон.
образованииие
обратных токов каверна
Фиг. 22
На фиг.23 показаны различные варианты конструкций генераторов, которые возбуждают вышеописанные режимы, имеющие технологические приложения.
Возникновение такого рода колебаний было подтверждено экспериментально, что позволило положить это явление в основу генераторов колебаний нового вида. Они находят использование в различных отраслях техники при создании различных волновых машин и аппаратов по волновой обработке, смешению и перемешиванию, гомогенизации, активации, диспергированию, сепарации смесей и т.п. Также они могут быть непосредственно использованы в ряде технологических процессов.
Фиг.
23