Исследования течений и распада капиллярных струй в технологических процессах
ВВЕДЕНИЕ
Струйные течения представляют широко распространенную форму дви- жения жидкости и газа. Такие течения наблюдаются в самых разнообразных явлениях природы и повсеместно используются в технике и производстве, разнообразных технических устройствах, таких как струйные принтеры, дви- гатели внутреннего сгорания, в процессах производства минеральных волокон дутьевым способом.
Изучению струйных течений посвящено достаточно большое количе- ство работ. В [1] отражены исследования устойчивости капиллярных струй в линейном приближении для неограниченной внешней среды, а также в нелинейном случае без учета внешнего воздействия.
Методы расчета устойчивости и распада капиллярных струй несжимае- мой жидкости, можно разделить на две группы: методы определения областей устойчивых струй к возмущениям гармонического характера, налагаемых стационарное основное состояние струи; методы нелинейной неустойчивости, которые позволяют проследить за развитием во времени поверхности струи, а также
ОГЛАВЛЕНИЕ
Общая характеристика работы 3
ВВЕДЕНИЕ 6
ГЛАВА 1. Обзор литературных исследований и постановка задачи 7
1.1. Обзор литературных источников 7
1.2. Постановка задачи о течении капиллярной струи 8
1.2.1 Общая постановка 8
1.2.2 Приближение пограничного слоя 10
ГЛАВА 2. Исследование устойчивости струи идеальной жидкости 13
2.1. Исследование потенциальной струи в неограниченной среде в линейном приближении 13
2.2. Вывод дисперсионного соотношения 16
2.3. Результаты исследования устойчивости 19
ГЛАВА 3. Исследование устойчивости капиллярной струи жидкости в ограниченном симметричном внешнем потоке 24
3.1. Особенности постановки задачи и вывод дисперсионного соотно- шения 24
3.2. Примеры исследования устойчивости 26
3.3. Исследование устойчивости струи, вытекающей из отверстия фор- сунки двигателя 31
ГЛАВА 4. Исследования параметров струйного течения при топливопа- даче 38
4.1. Проблема дробления и распада топливной струи в потоке газа. Анализ литературных источников 38
4.2. Соотношения и расчеты параметров струйного распада 42
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 47
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Шкадов В.Я. Некоторые методы и задачи теории гидродинамической устой- чивости // Ин-т механики МГУ. Научн.тр.— М., 1973. Вып. 25. — 192 с.
Иванов В.А. О дроблении жидкой струи // ПМТФ.— Москва.— №4.— 1966, с.30-37.
Сб. Двигатели внутреннего сгорания, т. 1. ОНТИ НКТП СССР. 1936
Верещагин Л.Ф., Семерчан А.А., Секоян С.С. К вопросу о распаде высоко- скоростной водяной струи // Ж.техн.физ.— 1959.— Т.29, №1
Ван-Дайк М. Альбом течений жидкости и газа // М.: Мир, 1986.— 184 стр.
Гаврилов В.В. Моделирование процесса распада топливной струи в дизеле
// Известия Томского политехнического университета.— 2003.— Т.306.— №4, с.69-72.
Гаврилов В.В., Скоморовский С.А. Влияние вихревой кавитации на рас- пыливание топлива в дизелях // Вестник Комсомальского-на-Амуре гос.техн.ун-та.— 1995.— Вып.1, сб.2, с.54-60.
Шалай В.В., Макушев Ю.П. Расчет параметров струи впрыскиваемого жидкого окислителя // Омский научный вестник— 2010— №4, с.66-71.
Лышевский А.С. Распыливание топлива в судовых дизелях / А.С.Лышевский .— Л.:Судостроение, 1971.— 200 с.
Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа.— М.: Наука, 1970.— 904 с.
Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя.— М.: Наука, 1974.— 711 с.
Петров Г.И., Калинина Т.Д. Применение метода малых колебаний к иссле- дованию распада струи топлива в воздухе // Технические заметки МАП, в.4.— 1947 г.
Чесноков Ю.Г. Нелинейное развитие капиллярных волн в струе вязкой жидкости // Журнал технической физики, 2000, т.70, вып.8, с.31-38.
Конон П.Н., Макоед А.Г. Об устойчивости струйных течений с учетом внешнего воздействия. // Международный науно-технический журнал "Теоретическая и прикладная механика".— Минск.— Вып.33.— 2018,
с.426-429.Конон П.Н., Шкадов В.Я., Макоед А.Г. Влияние переменного внешнего давления на развитие возмущений в капиллярной струе жидкости. // 12-ый Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики.— Уфа.— 2019, 3 с.
Релей Дж.В. Теори
Рэлеем впервые было установлено, что струя жидкости, подверженная возмущению синусоидального вида, длина волны которого превышает длину окружности перпендикулярного сечения струи, неустойчива по отношению к этому возмущению. Неустойчивость возникает под действием капиллярных сил. При локальном уменьшении радиуса струи, капиллярные силы вызывают локальное увеличение давления. Обратно, в том месте, где возникает увеличение радиуса струи, давление вблизи поверхности уменьшается. В итоге появляется движение жидкости из областей сжатия струи, в те области, где наблюдается расширение струи и возникшее в какой-либо момент времени возмущение нарастает с течением времени. Рэлей, исследуя линейное развитие возмущений, получил соотношение, связывающее скорость роста амплитуды возмущения и длину волны возмущения. Оказалось, что результаты по скорости и времени распада, вычисленные при помощи линейной теории, неплохо согласуется с результатами опытов.
Основной недостаток линейной теории заключается в том, что все результаты справедливы, пока амплитуда возмущения остается малой, при этом за формой поверхности струи проследить нельзя. Существует два различных подхода, позволяющие учитывать нелинейное взаимодействие возмущений. Один из них основан на представлении