Acoustic waves propagation in heated water with vapor bubbles

Бесплатный доступ

The problems of wave propagation in bubbly media are of great interest for researchers for nearly half a century due to the wide distribution of these systems in nature and their intense use in modern technology. It is known that the attenuation intensity of sound disturbances in the gas-liquid media is mainly determined by the thermophysical characteristics of the gas in bubbles. It turns out that these effects are significantly observable with increasing of steam concentration due to system temperature get higher. In this paper, we consider the propagation of small perturbations in a liquid with bubbles filled with vapor and gas insoluble in the liquid phase in an one-dimensional and one-velocity approximation. In order to take into account interfacial heat and mass transfer, we use the heat and diffusion equations inside the bubble and the heat equation in the fluid around the bubble. A dispersion equation was written from the existence condition of the solution in the form of a damped traveling wave, taking into account the effects of acoustic unloading of bubbles, and numerical calculations were carried out for water with vapor-gas bubbles. We investigate the features of the reflection of harmonic waves from the interface of "pure'' liquid and liquid with vapor-gas bubbles. Also, we carry out a numerical analysis of the effect of the initial volume gas content ag0 with two initial bubble sizes a0=10-6 m and 10-3 m. Finally, we study the effect of disturbance frequencies and temperature of the media on the attenuation coefficient of sound.

Еще

Water-air bubble medium, bubbles, phase transition, harmonic waves, phase velocity, damping factor

Короткий адрес: https://sciup.org/147232981

IDR: 147232981   |   DOI: 10.14529/mmp200102

Список литературы Acoustic waves propagation in heated water with vapor bubbles

  • Кутателадзе, С.С. Тепломассообмен и волны в газожидкостных системах / С.С. Кутателадзе, В.Е. Накоряков. - Новосибирск: Наука, 1984.
  • Нигматулин, Р.И. Динамика многофазных сред / Р.И. Нигматулин. - М.: Наука, 1987.
  • Шагапов, В.Ш. Реализация высоких давлений и температур в газовой фазе при истечении пузырьковой жидкости через сопло / В.Ш. Шагапов, С.А. Лепихин, М.Н. Галимзянов // Инженерно-физический журнал. - 2007. - Т. 80, № 6. - С. 134-137.
  • Галимзянов, М.Н. Истечение двухфазной смеси через сопло с учетом фазовых переходов / М.Н. Галимзянов, С.А. Лепихин // Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. Механика. - 2010. - № 2 (76). - С. 96-104.
  • Галимзянов, М.Н. Распространение нелинейных волн в каналах переменного сечения, сопровождаемое образованием гидрата газа / М.Н. Галимзянов, С.А. Лепихин, И.А. Чиглинцев // Вестник Самарского государственного университета. Естественнонаучная серия. Механика. - 2012. - № 3/1 (94). - С. 103-115.
  • Bolotnova, R.Kh. The Hydrodynamic Processes in Bubbly Liquid Flowing in Tubes and Nozzles / R.Kh. Bolotnova, M.N. Galimzianov, A.S. Topolnikov, U.O. Agisheva, V.A. Buzina // WASET. - 2012. - № 68. - P. 1992-1999.
  • Нигматулин, Р.И. Двумерные волны давления в жидкости, содержащей пузырьковые зоны / Р.И. Нигматулин, В.Ш. Шагапов, И.К. Гималтдинов, М.Н. Галимзянов // Доклады Академии наук. - 2001. - Т. 378, № 6. - С. 763-768.
  • Галимзянов, М.Н. Двумерные волны давления в жидкости, содержащей пузырьки / М.Н. Галимзянов, И.К. Гималтдинов, В.Ш. Шагапов // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. - 2002. - № 2. - С. 139-147.
  • Галимзянов, М.Н. Распространение волн сжатия в пузырьковых зонах конечных размеров / М.Н. Галимзянов // Вестник Удмуртского университета. Математика. Механика. Компьютерные науки. - 2010. - № 2. - С. 57-66.
  • Bolotnova, R.Kh. Nonlinear Effects in Bubbly Liquid with Shock Waves / R.Kh. Bolotnova, M.N. Galimzianov, A.S. Topolnikov, V.A. Buzina, U.O. Agisheva // WASET. - 2012. - № 68. - P. 2000-2007.
  • Болотнова, Р.Х. Моделирование процессов взаимодействия сильных ударных волн в газожидкостных смесях / Р.Х. Болотнова, М.Н. Галимзянов, У.О. Агишева // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. - 2011. - № 2. - С. 3-14.
  • Агишева, У.О. Параметрический анализ режимов ударно-волнового воздействия на газожидкостные среды / У.О. Агишева, Р.Х. Болотнова, В.А. Бузина, М.Н. Галимзянов // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. - 2013. - № 2. - С. 15-28.
  • Hawker, N.A. Interaction of a Strong Shockwave with a Gas Bubble in a Liquid Medium: a Numerical Study / N.A. Hawker, Y. Ventikos // Journal of Fluid Mechanics. - 2012. - № 701. - P. 59-97.
  • Агишева, У.О. Распространение волн давления слабой интенсивности в жидкости, содержащей слой пузырьков / У.О. Агишева, М.Н. Галимзянов, Э.З. Заляева // Труды Института механики им. Р.Р. Мавлютова Уфимского научного центра РАН. - 2017. - Т. 12, № 2. - С. 244-249.
  • Шагапов, В.Ш. Распространение малых возмущений во вскипающей жидкости, содержащей газовые зародыши / В.Ш. Шагапов, О.А. Зайнуллина // Теплофизика высоких температур. - 2015. - T. 53, № 1. - С. 91-97.
  • Шагапов, В.Ш. Особенности отражения и преломления акустических волн на границе раздела между газом и дисперсной системой / В.Ш. Шагапов, В.В. Сарапулова // Прикладная механика и техническая физика. - 2015. - Т. 56, № 5. - С. 119-129.
  • Шагапов, В.Ш. Особенности преломления и отражения звука на границе пузырьковой жидкости / В.Ш. Шагапов, В.В. Сарапулова // Акустический журнал. - 2015. - Т. 61, № 1. - С. 40-48.
  • Губайдуллин, Д.А. Акустика жидкости с полидисперсными парогазовыми пузырьками / Д.А. Губайдуллин, Ю.В. Федоров // Инженерно-физический журнал. - 2017. - Т. 90, № 2. - С. 325-333.
  • Губайдуллин, Д.А. Затухание акустического сигнала, распространяющегося через два слоя пузырьковой жидкости / Д.А. Губайдуллин, А.А. Никифоров // Инженерно-физический журнал. - 2018. - Т. 91, № 1. - С. 214-220.
  • Шагапов, В.Ш. Особенности отражения и прохождения акустических волн на границе и пузырьковой жидкостей при прямом их падении / В.Ш. Шагапов, М.Н. Галимзянов, И.И. Вдовенко // Теплофизика высоких температур. - 2019. - Т. 57, № 2. - С. 284-290.
  • Шагапов, В.Ш. Особенности отражения и прохождения акустических волн на границе и пузырьковой жидкостей при их падении / В.Ш. Шагапов, М.Н. Галимзянов, И.И. Вдовенко // Теплофизика высоких температур. - 2019. - Т. 57, № 3. - С. 464-468.
  • Шагапов, В.Ш. Особенности устойчивости и акустических свойств перегретой жидкости с газовыми зародышами при повышении давления / В.Ш. Шагапов, М.Н. Галимзянов, И.И. Вдовенко // Теплофизика высоких температур. - 2019. - Т. 57, № 5. - С. 748-754.
  • Шагапов, В.Ш. Акустика и устойчивость перегретой жидкости с газовыми зародышами / В.Ш. Шагапов, М.Н. Галимзянов, И.И. Вдовенко // Прикладная механика и техническая физика. - 2019. - Т. 60, № 3. - С. 85-95.
  • Нигматулин, Р.И. Проявление сжимаемости несущей фазы при распространении волны в пузырьковой среде / Р.И. Нигматулин, В.Ш. Шагапов, Н.К. Вахитова // Доклады АН СССР. - 1989. - Т. 304, № 5. - С. 1077-1081.
  • Ландау, Л.Д. Гидродинамика / Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. - М.: Физматлит, 2006.
  • Варгафтик, Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей / Н.Б. Варгафтик. - М.: Наука, 1972.
Еще
Статья научная