Вибрационная гидромеханика вращающихся систем

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 14-11-00476

НазваниеВибрационная гидромеханика вращающихся систем

Руководитель Козлов Виктор Геннадьевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет" , Пермский край

Конкурс №1 - Конкурс 2014 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-311 - Гидромеханика многофазных сред

Ключевые слова Вращение, вязкая жидкость, вибрационная механика, устойчивость, инерционные колебания, дифференциальное вращение, многофазные системы.

Код ГРНТИ30.17.23

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на комплексное экспериментальное и теоретическое изучение вибрационной динамики неоднородных по плотности гидродинамических систем при вращении. Под «вибрационной механикой» понимается осредненная динамика системы в результате ее колебаний, вызываемых внешними силами. В рамках поставленной задачи планируется систематическое развитие двух направлений. Первое связано с действием приливных колебаний, возбуждаемых внешним силовым полем, на осредненную динамику вращающихся неоднородных по плотности гидродинамических систем; второе – с действием осциллирующих инерционных силовых полей (связанных с вибрациями разного типа) на поведение как многофазных, так и однофазных систем во вращающихся полостях. Оба направления представляют большой интерес как с точки зрения развития фундаментальной науки, так и в прикладном плане. Если первое направление имеет отношение к фундаментальной геофизической задаче гидродинамики вращающихся планет и звезд, то второе важно в прикладном плане и направлено на разработку методов вибрационного управления движение жидкости и массообменном во вращающихся контейнерах. Приливные колебания возникают при вращении системы в статическом внешнем поле. Так, задача о поведении легкого сферического ядра во вращающейся вокруг горизонтальной оси сферической полости моделирует влияние массивного естественного спутника на динамику твердого внутреннего ядра во вращающейся планете. Как свидетельствуют теоретические и экспериментальные исследования авторов проекта, («вибрационный гидродинамический волчок», Докл. РАН 415(6) (2007) 759 и Докл. РАН 454(2) (2014) 173), приливные колебания генерируют дифференциальное вращение ядра. При этом возбуждаемые за счет вибрационного механизма осредненные течения демонстрируют свойства, качественно отличающиеся от рассмотренного к настоящему времени случая заданного дифференциального вращения границ вращающегося сферического слоя. Авторам проекта принадлежат приоритетные работы в этом новом научном направлении. В рамках проекта планируется экспериментальное исследование влияния внешних полей на механику различных систем: твердые тела различной формы и плотности в полостях разной геометрии; двухжидкостные и трехфазные (твердые включения в жидкости при наличии газовой фазы), с целью выявления основных фундаментальных закономерностей, а также построения теоретических механических моделей обнаруженных явлений. Второе направление исследований касается случая, когда силовое поле изменяется (во вращающейся системе координат) с частотой, отличной от частоты вращения. Это направление представляет большой интерес в прикладном плане. При совпадении частоты осциллирующего поля с одной из собственных частот системы в жидкости на фоне интенсивных резонансных колебаний генерируются потоки большой интенсивности при сравнительно слабом воздействии (Изв.РАН. МЖГ, №1(2008)12 и Изв.РАН. МЖГ, №6(2012)3). К примеру, под действием поперечных вибраций свободное твердое включение во вращающейся полости может вращаться в несколько раз быстрее (медленнее) полости. Большое разнообразие собственных инерционных колебаний и волн во вращающихся жидкостях делают вибрации эффективным инструментом управления массопереносом. Планируется рассмотрение вибраций разного типа: либраций (характерных для космических объектов, движущихся по эллиптическим траекториям), поперечных (возбуждающих круговые двумерные колебания) и продольных (возбуждающих внутренние инерционные волны) вибраций на перечисленные выше системы, с целью разработки эффективных методов управления движением и массопереносом во вращающихся системах.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. V.G. Kozlov, N.V. Kozlov, S.V. Subbotin Vibrational hydrodynamic top. Wave instability and pattern formation Abstr. SIAM Conference on Nonlinear Waves and Coherent Structures. August 11 – 14 2014. Churchill College, University of Cambridge, UK., P. 65–66. (год публикации - 2014)

2. Вяткин А.А., Сабиров Р.Р. ПОВЕДЕНИЕ ЛЁГКИХ ЧАСТИЦ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ЦИЛИНДРЕ ПРИ ПОПЕРЕЧНЫХ ВИБРАЦИЯХ Вестник ПГГПУ. Серия № 2. Физико-математические и естественные науки., Выпуск 2/2014 С.54-63. (год публикации - 2014)

3. Субботин С.В., Козлов Н.В., Козлов В.Г. Движение жидкости во вращающемся сферическом слое при колебаниях свободного ядра Тез. Всерос. конф. «Актуальные проблемы механики сплошных сред». 18-19 ноября 2014, ПГГПУ, Пермь., С. 42 (год публикации - 2014)

4. Дьякова В.В., Полежаев Д.А. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В БЫСТРО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ЦИЛИНДРЕ ПОД ДЕЙСТВИЕМ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ Современные проблемы науки и образования (год публикации - 2014)

Публикации

1. Kozlov V.G., Kozlov N.V., Subbotin S.V., Ivanova A.A. Flows excited by oscillating inner core in rotating spherical shell Fluxes and structures in fluids: Proc. Intern. Conf. June 23–26, 2015, Kaliningrad. – M: MAKS Press,, P. 129–131. (год публикации - 2015)

2. Козлов В.Г., Козлов Н.В., Субботин С.В. The effect of oscillating force field on the dynamics of free inner core in a rotating fluid-filled spherical cavity Phys. Fluids., Vol. 27 (12). 124101. (год публикации - 2015)
10.1063/1.4936399

3. Козлов Н.В., Шувалова Д.А. Коротковолновая неустойчивость центрифугированной границы раздела жидкостей в вибрационном поле Конвективные течения… Пермь: Перм. гос. гум.-пед. ун-т, 2015., Вып. 7. С.93-108 (год публикации - 2015)

4. Stanislav Subbotin, Nikolai Kozlov & Victor Kozlov. Instability of flow induced by free inner core in spherical shell rotating about the horizontal axis Abstr. Sixth Intern. Symposium on Bifurcations and Instability in Fluid Dynamics (BIFD), July 15–17, 2015, ESPCI, Paris, France., P. 372. (год публикации - 2015)

5. Иванова А.А., Козлов В.Г. Вибрационная гидромеханика вращающихся многофазных систем Сб. мат. 3 Всеросс. Конференции «Пермские гидродинамические научные чтения», 13–14 ноября 2015г. ПГНИУ, Пермь., С. 29–30. (год публикации - 2015)

6. Щипицын В.Д. Динамика тяжелого тела в цилиндрической полости с жидкостью, совершающей вращательные вибрации Конвективные течения… Пермь: Перм. гос. гум.-пед. ун-т, 2015., Вып.7. С.193-210. (год публикации - 2015)

7. Давыдова М.А., Субботин С.В. Структурообразование во вращающейся вокруг горизонтальной оси сферической полости с жидкостью и легким сферическим телом Материалы конференции ВНКСФ-21, 26 марта – 2 апреля 2015, Омск,, С.476. (год публикации - 2015)

8. Субботин С., Козлов Н., Козлов В. Structure of flows in rotating spherical shell with inner core excited by oscillating force field Proc. 66th Intern. Astronautical Congress, IAC2015, 12–16 October 2015, Jerusalem, Israel, Volume 1, 2015, Pages 422-427 (год публикации - 2015)

9. Давыдова М.А., Субботин С.В. Поведение тяжелых частиц во вращающейся вокруг горизонтальной оси сферической полости с жидкостью и легким ядром Сб. мат. 3 Всеросс. Конференции «Пермские гидродинамические научные чтения», 13–14 ноября 2015г. ПГНИУ, Пермь., С. 23–24. (год публикации - 2015)

10. Шувалова Д.А. Динамика двух несмешивающихся жидкостей во вращающейся цилиндрической полости при действии поперечных вибраций Труды XI Всерос. съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Казань, 20–24 августа 2015 г., С. 4264–4266 (год публикации - 2015)

11. Полежаев Д.А. Структурообразование в быстро вращающемся горизонтальном цилиндре с жидкостью Тез. докл. XIX Зимней школы по механике сплошных сред. Пермь. 24–27 февраля 2015 г. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2015., С. 245. (год публикации - 2015)

12. Vlasova O.A., Kozlov V.G. The repulsion of flat body from the wall of vibrating container filled with liquid Microgravity – Science and Technology., 2015. Vol. 27. P. 297-303. (год публикации - 2015)
10.1007/s12217-015-9460-y

13. Дьякова В.В., Полежаев Д.А. Экспериментальное изучение колебательного и осредненного движения центрифугированного слоя жидкости во вращающемся цилиндре Труды XI Всерос. съезда по фундамент. проблемам теоретической и прикладной механики. Казань, 20–24 августа 2015 г., С. 1256–1258. (год публикации - 2015)

14. Субботин С.В., Козлов Н.В., Козлов В.Г. Влияние вибраций на структуру и устойчивость потоков во вращающейся сферической полости со свободным ядром Тез. XIX Зимней школы по механике сплошных сред. ИМСС УрО РАН, г. Пермь, 24–27 февраля 2015г. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2015., С.311 (год публикации - 2015)

15. Власова О.А., Козлов Н.В. Поведение тяжелого цилиндра в горизонтальной вращающейся цилиндрической полости с жидкостью Конвективные течения… Пермь: Перм. гос. гум.-пед. ун-т, 2015., Вып. 7. С. 176-192 (год публикации - 2015)

16. Субботин С.В. Устойчивость границы столба Тэйлора во вращающемся сферическом слое жидкости при поперечных вибрациях Труды XI Всерос. съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики, Казань, 20–24 августа 2015г. – Казань: Изд-во Казанского (Приволжского) федерального университета, 2015., С. 3618–3619. (год публикации - 2015)

17. Субботин С.В., Уральцев А.В. Влияние либраций на динамику свободного ядра во вращающейся сферической полости с жидкостью Конвективные течения… Пермь: Перм. гос. гум.-пед. ун-т, 2015., Вып. 7. С.211-225. (год публикации - 2015)

18. Дьякова В.В., Полежаев Д.А. Экспериментальное изучение динамики жидкости в частично заполненном быстро вращающемся горизонтальном цилиндре Тез. докл. XIX Зимней школы по механике сплошных сред. Пермь. 24–27 февраля 2015 г. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 2015., С. 100 (год публикации - 2015)

19. Козлов В.Г., Козлов Н.В., Субботин С.В. Influence of an external force field on the dynamics of a free core and fluid in a rotating spherical cavity Phys. Fluids., 2015. V. 27 (7). 074106. (год публикации - 2015)
10.1063/1.4926804

20. Дьякова В., Полежаев Д. Oscillatory and steady flows in the annular fluid layer inside a rotating cylinder Shock and vibration., Volume 2016, Article ID 7162368, 8 pages (год публикации - 2016)
10.1155/2016/7162368

21. Stanislav Subbotin, Nikolai Kozlov, Victor Kozlov. Inertial waves and flows excited by free inner core in rotating cavity Abstr. 19th International Couette-Taylor Workshop. Cottbus, Germany, June 22–24, 2015., P. 96–97. (год публикации - 2015)

22. Nikolai Kozlov Theory of the vibrational hydrodynamic top Journal Acta Astronautica, 114 (2015) 123–129 (год публикации - 2015)
10.1016/j.actaastro.2015.04.010

23. Victor Kozlov and Denis Polezhaev Flow patterns in a rotating horizontal cylinder partially filled with liquid PHYSICAL REVIEW E, 92, 013016 (год публикации - 2015)
10.1103/PhysRevE.92.013016

24. Дьякова В., Козлов В., Полежаев Д. Oscillatory flow and steady streaming inside a rapidly rotating horizontal cylinder partially filled with liquid Proc. 66th Intern. Astronautical Congress. IAC2015, IAF,, Volume 1, 2015, Pages 428-433 (год публикации - 2015)

25. Власова О.А., Козлов Н.В. Динамика тяжелого цилиндра во вращающейся полости с жидкостью Сб. мат. 3 Всеросс. Конференции «Пермские гидродинамические научные чтения», 13–14 ноября 2015г. ПГНИУ, Пермь., С. 17–18. (год публикации - 2015)

26. Дьякова В.В., Полежаев Д.А Динамика сыпучей среды в либрирующем цилиндре Конвективные течения… Пермь: Перм. гос. гум.-пед. ун-т, 2015., Вып. 7. С.226-236. (год публикации - 2015)

27. Kozlov V., Polezhaev D. Flows and structures in liquid layer inside a rotating horizontal cylinder Abstr. 19th Intern. Couette-Taylor Workshop. Germany. Cottbus: Brandenburg University of Technology. June 22–24 2015., P. 114 (год публикации - 2015)

28. Вяткин А.А., Козлов В.Г., Рысин К.Ю. Стенд для изучения влияния осциллирующих силовых полей на вращающиеся гидродинамические системы Конвективные течения… Пермь: Перм. гос. гум.-пед. ун-т, 2015., Вып. 7. С. 61-72. (год публикации - 2015)

29. Давыдова М.А., Субботин С.В. Структурообразование во вращающейся сферической полости с жидкостью и легким сферическим ядром Конвективные течения… Пермь: Перм. гос. гум.-пед. ун-т, 2015., Вып. 7. С.109-123 (год публикации - 2015)

30. Козлов Н., Шувалова Д. Influence of transversal vibration on the dynamics of two immiscible liquids at rotation Proc. 66th Intern. Astronautical Congress, IAC2015, 12–16 October 2015, Jerusalem, Israel, Volume 1, 2015, Pages 434-442 (год публикации - 2015)

Публикации

1. Н.В.Козлов, О.А.Власова Behaviour of a heavy cylinder in a rotating cylindrical cavity with liquid at librations Abstr. 11th European fluid mechanics conference (EFMC11), 12–16 September 2016, Seville, Spain (год публикации - 2016)

2. Козлов В.Г., Козлов Н.В., Субботин С.В. On the structure of steady flows excited by oscillating core in a rotating spherical cavity Abstr. 11th European fluid mechanics conference (EFMC11), 12–16 September 2016, Seville, Spain (год публикации - 2016)

3. Власова О.А., Козлов Н.В. Динамика тяжелого тела во вращающейся цилиндрической полости с жидкостью Материалы 22ой междун. конф. «НеЗаТеГиУс», 14 – 21 февраля 2016 г. Моск. обл., панс. «Звенигородский» РАН., C. 42. (год публикации - 2016)

4. Дьякова В.В., Полежаев Д.А. Динамика сыпучей среды в неравномерно вращающемся горизонтальном цилиндре Материалы 22ой междун. конф. «НеЗаТеГиУс», 14 – 21 февраля 2016 г. Моск. обл., панс. «Звенигородский» РАН., C. 66. (год публикации - 2016)

5. Козлов В.Г., Козлов Н.В., Субботин С.В. Steady flows in rotating spherical cavity excited by multi-frequency oscillations of free inner core j. Acta Astr., V. 130. P. 43–51. (год публикации - 2017)
10.1016/j.actaastro.2016.10.018.

6. Козлов Н.В., Шувалова Д.А. Effect of vibration on two-liquid system in rotating cylinder J.Acta Astronautica, Vol. 127. P. 561–571 (год публикации - 2016)
10.1016/j.actaastro.2016.04.038

7. В.Г.Козлов, Н.В.Козлов, С.В.Субботин Flow instability and pattern formation in rotating spherical cavity with oscillating inner core Eur. J. Mech. B-Fluid (год публикации - 2017)

8. Козлов Н.В., Шувалова Д.А. Волны на центрифугированной границе раздела жидкостей во вращающейся полости при поперечных вибрациях Материалы 22ой междун. конф. «НеЗаТеГиУс», 14 – 21 февраля 2016 г. Моск. обл., панс. «Звенигородский» РАН., C.89. (год публикации - 2016)

9. В.Дьякова, В.Козлов, Д. Полежаев Oscillation-induced sand dunes in a liquid-filled rotating cylinder J.Phys. Rev. E (год публикации - 2017)

10. Иванова А.А., Козлов В.Г. Опыты по вибрационной механике. Вибрационная тепловая конвекция РИО ПГГПУ, Пермь; ООО «АСТЕР ДИДЖИТАЛ» Пермь (год публикации - 2016)

11. Власова О., Козлов Н. Динамика тяжелого цилиндра во вращающейся полости с жидкостью при либрациях Тез. 7-й межд. научной школы мол. ученых «Волны и вихри в сложных средах», 30 ноября – 2 декабря 2016, Москва. (год публикации - 2016)

12. Власова О.А., Козлов В.Г, Козлов Н.В. Подъемная сила, действующая на тяжелое тело во вращающейся полости с жидкостью при модуляции скорости вращения Прикладная механика и техническая физика (год публикации - 2017)

13. Дьякова В., Козлов В., Полежаев Д. Ripple formation in a librating cylinder filled with fluid. Abstr. 24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM 2016), 21 – 26 August 2016, Montreal, Canada. (год публикации - 2016)

14. Козлов В., Козлов Н., Субботин С. Zonal flow generated by oscillating core in a rotating spherical cavity Abstr. 67th Intern. Astronautical Congress (IAC 2016), IAF, Abstr. 67th Intern. Astronautical Congress (IAC 2016), 26 – 30 September 2016, Guadalajara, Mexico. (год публикации - 2016)

15. Давыдова М.А., Козлов В.Г., Субботин С.В. Устойчивость осредненного течения, генерируемого колеблющимся ядром во вращающейся сфере Тез. 7-й межд. научной школы мол. ученых «Волны и вихри в сложных средах», 30 ноября – 2 декабря 2016, Москва. (год публикации - 2016)

16. Козлов В.Г., Козлов Н.В., Субботин С.В. Steady flows excited by circular oscillations of free inner core in rotating spherical cavity Eur. J. Mech. B-Fluid, V. 58 (4) P. 85–94. (год публикации - 2016)
10.1016/j.euromechflu.2016.03.008.

17. Карпунин И.Э., Козлов Н.В. Поведение свободного цилиндра во вращающейся горизонтальной полости с жидкостью Пермские гидродинамические научные чтения, Пермь, ПГНИУ, 9 – 10 декабря 2016 г. Тезисы докладов (год публикации - 2016)

18. Иванова А., Козлов В., Сираев Р., Вяткин А. Steady thermal convection in a rotating annulus 24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, Palais des congrès, Montréal, Canada, August 21 – 26, 2016. Book of Papers. (год публикации - 2016)

19. Карпунин И.Э., Козлов Н.В. Динамика свободного цилиндрического ядра во вращающейся горизонтальной полости с жидкостью Волны и вихри в сложных средах. Москва, 30 ноября – 02 декабря 2016. (год публикации - 2016)

20. Дьякова В.В., Полежаев Д.А Экспериментальное изучение возникновения рельефа на поверхности сыпучей среды в либрирующем горизонтальном цилиндре с жидкостью Пермские гидродинамические научные чтения, Пермь, ПГНИУ, 9 – 10 декабря 2016 г. Тезисы докладов (год публикации - 2016)

21. Козлов Н.В., Власова О.А. Behaviour of a heavy cylinder in a horizontal cylindrical liquid-filled cavity at modulated rotation J. Fluid Dynamics Research., vol 48. №5. 2016. (год публикации - 2016)
10.1088/0169-5983/48/5/055503

22. Виктор Козлов, Ольга Власова Behavior of a flat solid in a container with liquid subject to large amplitude vibration Hindawi Publishing Corporation Shock and Vibration, Volume 2016, Article ID 4736903, 11 pages (год публикации - 2016)
10.1155/2016/4736903

23. Субботин С.В., Козлов Н.В., Козлов В.Г. Зональное течение, генерируемое колеблющимся ядром во вращающейся сферической полости Материалы 22ой междун. конф. «НеЗаТеГиУс», 14 – 21 февраля 2016 г. Моск. обл., панс. «Звенигородский» РАН, Материалы 22ой междун. конф. «НеЗаТеГиУс», 14 – 21 февраля 2016 г. Моск. обл., панс. «Звенигородский» РАН. C. 218. (год публикации - 2016)

24. Н.В. Козлов, Д.А. Шувалова. Коротковолновые моды на центрифугированной границе раздела несмешивающихся жидкостей Тез. 7-й межд. научной школы мол. ученых «Волны и вихри в сложных средах», 30 ноября – 2 декабря 2016, Москва. (год публикации - 2016)

25. Козлов Н.В., Козлова А.Н., Шувалова Д.А. Dynamics of immiscible liquids in a rotating horizontal cylinder J. Phys. Fluids, 28, 112102 (год публикации - 2016)
10.1063/1.4966980

26. Козлов Ню Flow structure in a rotating cylinder with fluid and a free light body at vibration 24th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics, Palais des congrès, Montréal, Canada, August 21 – 26, 2016. Book of Papers., P. 1001–1002. (год публикации - 2016)

27. В.Г. Козлов, С.В. Субботин Осредненное течение, генерируемое колеблющимся ядром во вращающейся сферической полости Прикладная механика и техническая физика (год публикации - 2017)

28. А.Иванова, В.Козлов, Р.Сираев, А.Вяткин Steady thermal convection in rotating annulus excited by external force field Proceedings of the 67 International Astronautical Congress, IAC 2016. International Astronautical Federation, IAF (год публикации - 2017)

29. Иванова А., Козлов В. Вибрационная гидромеханика вращающихся систем Пермские гидродинамические научные чтения, Пермь, ПГНИУ, 9 – 10 декабря 2016 г. Тезисы докладов (год публикации - 2016)

30. Иванова А., Козлов В., Сираев Р., Вяткин А. Steady thermal convection in rotating annulus excited by external force field Abstr. 67th Intern. Astronautical Congress (IAC 2016), IAF, Abstr. 67th Intern. Astronautical Congress (IAC 2016), 26 – 30 September 2016, Guadalajara, Mexico (год публикации - 2016)

31. Козлов В., Козлов Н., Субботин С. Zonal flow generated by oscillating core in a rotating spherical cavity Proceedings of the 67 International Astronautical Congress, IAC 2016. International Astronautical Federation, IAF (год публикации - 2017)