Спектр возмущений плоской поверхности раздела жидкостей в поле высокочастотных касательных вибраций в условиях невесомости
Автор: Бурнышева Анастасия Викторовна, Любимов Дмитрий Викторович, Любимова Татьяна Петровна
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 3 т.4, 2011 года.
Бесплатный доступ
Исследованы спектры зависящих от времени возмущений равновесного состояния и устойчивость плоской поверхности раздела двух слоев жидкостей, имеющих разные, но соизмеримые плотности и находящихся в поле высокочастотных касательных вибраций, в условиях невесомости. Рассмотрены плоские, спиральные и пространственные возмущения. Проанализированы случаи, когда слои имеют одинаковую и разную (один из слоев в десять раз толще другого) толщину. Установлено, что самыми опасными являются монотонные плоские возмущения. Обнаружено, что при больших значениях вибрационного параметра появляются нарастающие спиральные колебательные возмущения (бегущие волны). С усилением вибраций колебательные возмущения исчезают из спектра. В случае слоев разной толщины установлено, что длина волны наиболее опасных возмущений имеет порядок толщины более тонкого слоя. Предложено объяснение наблюдавшемуся в эксперименте возникновению в двухслойной системе чередующихся страт в поле высокочастотных вибраций в условиях невесомости, связанное с нарастанием возмущений, имеющих максимальный инкремент. Выполнено количественное сравнение с экспериментом.
Поверхность раздела, вибрации, невесомость, плоские, пространственные и спиральные возмущения, волновой рельеф
Короткий адрес: https://sciup.org/14320561
IDR: 14320561 | УДК: 532.23
Perturbation spectrum of a plane liquid-liquid interface in the presence of high-frequency tangential vibrations in weightlessness
We study the spectra of time-dependent equilibrium perturbations and stability of a plane interface between two layers of liquids with different but commensurable densities under high-frequency tangential vibrations in weightlessness. Plane, spiral and spatial perturbations are considered. The layers of equal and different (one of the layers is ten times thicker than the other) thickness are analyzed. The monotonous plane perturbations are found to be most dangerous. At sufficiently large values of the vibration parameter, the growing spiral oscillatory perturbations (traveling waves) appear. With increasing vibrations, these oscillatory perturbations disappear. For the layers of unequal thickness, the wavelength of most dangerous perturbations is of order of the layer that is thinner. We attribute the appearance of alternating strata experimentally observed in the two-layer system under high-frequency vibrations in weightlessness to the growth of perturbations with maximum increment. Quantitative comparison between theoretical predictions and experimental results is made.
Список литературы Спектр возмущений плоской поверхности раздела жидкостей в поле высокочастотных касательных вибраций в условиях невесомости
- Wolf G.H. The dynamic stabilization of the Rayleigh-Taylor instability and the corresponding dynamic equilibrium//Z. Physik. -1969. -V. 227, N. 3. -P. 291-300.
- Безденежных Н.К., Брискман В.А., Любимов Д.В., Черепанов А.А. Управление устойчивостью поверхности раздела жидкостей с помощью вибраций, электрических и магнитных полей//3-й Всесоюз. семинар по гидромеханике и теплообмену в невесомости. Тез. докл. -Черноголовка, 1984. -С. 18-20.
- Beysens D., Wunenburger R., Chabot C., Garrabos Y. Effect of oscillatory accelerations on two-phase fluids//Microgravity Sci. Technol. -V. 11, N. 3. -1998. -P. 113-118.
- Любимов Д.В., Лобов Н.И., Черепанов А.А. О равновесной границе раздела жидкостей в высокочастотном вибрационном поле//3-й Всесоюз. семинар по гидромеханике и теплообмену в невесомости. Тез. докл. -Черноголовка, 1984. -С. 100.
- Любимов Д.В., Черепанов А.А. О возникновении стационарного рельефа на поверхности раздела жидкостей в вибрационном поле//Изв. АН СССР. МЖГ. -1986. -№ 6. -С. 8-13.
