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 18-71-10053
НазваниеРазработка фундаментальных основ вибрационных методов управления неоднородными гидродинамическими системами
Руководитель Субботин Станислав Валерьевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет" , Пермский край
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-308 - Динамика вязкой жидкости
Ключевые слова вращение, вибрации, конвекция, осредненные течения, тепло-массоперенос, многофазные системы, управление
Код ГРНТИ30.17.35
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект направлен на комплексное экспериментальное исследование динамики неоднородных по плотности гидродинамических систем при действии осложняющих факторов, таких как вибрации (поступательные, вращательные) и вращение, с целью разработки эффективных методов управления тепло и массопереносом. Основное внимание будет уделено осредненным эффектам, возникающим на фоне колебаний жидкости. Результаты экспериментальных исследований, обнаруженные новые явления и эффекты, будут сопровождаться теоретическим рассмотрением с позиции "вибрационной механики". В настоящий момент поведение жидкости под действием поступательных вибраций исследуется многими учеными. В тоже время количество работ по влиянию комбинированного воздействия вращения и вибраций не велико, а приоритет в этом направлении принадлежит авторам настоящего проекта. Намеченные исследования направлены на развитие нового научного направления, начатого в рамках проекта РНФ 14-11-00476. Во вращающихся системах осредненные вибрационные эффекты приобретают очень специфические свойства, что связано с действием силы Кориолиса. Последняя оказывает определяющее влияние не только на осредненные потоки, но и на сами колебания жидкости, тем самым коренным образом изменяя механизм генерации осредненных массовых сил и течений. Актуальность исследования выбранного направления определяется большой распространенностью природных и технических процессов, в которых колебания и вращение происходят одновременно.
В ходе выполнения проекта получат развитие два направления. Первое связано с влиянием вибраций и вращения на динамику многофазных систем. Параллельно будет развиваться второе направление, посвященное изучению однофазных неизотермических гидродинамических систем, находящихся в осциллирующих силовых полях.
Первое направление включает в себя ряд разделов.
1. Экспериментально исследуется вибрационная динамика системы несмешивающихся жидкостей разной плотности в полости, которая совершает быстрое вращение; в отсутствие вибраций система находится в устойчивом центрифугированном состоянии с осесимметричной границей раздела. Изучается влияние вращательных колебаний (модуляции скорости вращения) на распределение масс, форму границы раздела жидкостей и структуру течений. Актуальность данного направления определяется распространенностью таких систем в природе и технике. Значимость исследований определяется также возможностью применения вибраций для управления многофазными системами во вращающихся полостях в различных технологических процессах, в частности для управления массопереносом во вращающихся двухжидкостных системах. Обнаруженным экспериментально явлениям будет дано теоретическое описание.
2. Другим направлением исследований, важным в прикладном аспекте, является влияние нормальных оси вращения поступательных вибраций на двухжидкостную систему. Особое внимание будет уделено вибрациям с частотой, близкой к частоте вращения. Как следует из предварительного анализа, такие вибрации приводят к формированию медленно вращающегося в системе отсчета полости осредненного силового поля, которое конкурирует с центробежным и может быть использовано для перераспределения жидкостей и эффективного управления массопереносом во вращающихся системах.
3. Исследование модулированного вращения (либраций) на границу раздела "жидкость - сыпучая среда". Будут рассмотрены две задачи - образование рельефа в результате возникновения осредненных массовых сил, действующих на частицы сыпучей среды, и образование рельефа в результате периодического ожижения сыпучей среды. В качестве другого предельного случая будет рассмотрена динамика границы раздела двух несмешивающихся жидкостей разной плотности в либрирующем коаксиальном цилиндрическом зазоре с перегородкой.
Что касается второго направления, будет исследована вибрационная тепловая конвекция жидкости в различных постановках.
1. Исследование конвекции в горизонтальном плоском слое при воздействии вращающегося в горизонтальной плоскости инерционного силового поля. Вибрационный механизм конвекции будет проявляется даже при подогреве слоя сверху. Вращение слоя наряду с вибрационной конвекцией позволит исследовать влияние инерционных волн на конвективные потоки.
2. Вибрационная тепловая конвекция во вращающемся горизонтальном односвязном цилиндрическом слое при модуляции скорости вращения. Данное направление основывается на теоретических исследованиях авторов проекта, свидетельствующих, что такая постановка моделирует тепловую конвекцию в осесимметричном силовом поле. Исследование тепловой конвекции в осесимметричном поле при вращении наряду с прикладными аспектами будут актуальны с геофизической точки зрения.
Все запланированные исследования являются новыми. Они важны для развития научных основ «Вибрационной гидромеханики». Экспериментальные исследования будут поддерживаться теоретическими. Запланированные исследования имеют важное прикладное значение в связи с возможностью использования методов вибрационного управления движением жидкости и массообменном. В частности, результаты исследований могут найти применение в химической и фармацевтической промышленности для обеспечения наиболее интенсивного и равномерного перемешивания.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ