Динамика твердых включений различной формы в заполненном жидкостью контейнере при поступательных вибрациях
Автор: Виталий Дмитриевич Щипицын
Организация: Лаборатория вибрационной гидромеханики, Пермский государственный гуманитарно-педагогический университет, Пермь
В работе представлены результаты экспериментального исследования вибрационной динамики твердых одиночных и множественных включений в форме эллиптических цилиндров в заполненном вязкой несжимаемой жидкостью прямоугольном контейнере, совершающем поступательные гармонические колебания.
Изучаются особенности поведения тел в зависимости от их относительного размера и плотности, количества тел в объеме жидкости, расстояния между телами и стенкой при различных значениях безразмерной амплитуды и частоты вибраций. Эксперименты проводятся в постановке, ранее описанной авторами в работе [1].
Для выяснения природы взаимодействия тел с границами полости и друг с другом, а также построения траекторий колебаний тел, проводится скоростная видеосъемка процесса с его последующей покадровой обработкой и анализом. С целью изучения структуры осредненных сдвиговых колебаний жидкости применяется P.I.V. методика.
При проведении исследования, наряду с осциллирующим движением тела, особое внимание уделено осредненным эффектам, возбуждаемым в результате колебаний тел в жидкости. В частности, изучению вибрационной подъемной силы, действующей на твердые эллиптические включения в непосредственной близости от твердых границ.
Эксперименты проводятся как с тяжелыми, так и с легкими эллиптическими цилиндрами. Особое внимание уделяется телам с плотностями, мало отличающимися от плотности жидкости, поскольку пробные эксперименты показали, что вибрационная подъемная сила, действующая на тела с относительной плотностью близкой к единице, имеет определенно другую природу, не связанную с инерционными колебаниями включения относительно жидкости.
Результаты исследований обобщаются на плоскости управляющих безразмерных параметров. Исследование проводится при варьировании в широком диапазоне безразмерной частоты и амплитуды вибраций полости. Особое внимание уделено предельному случаю низких безразмерных частот, когда размеры тел оказываются сравнимы с толщиной вязкого пограничного слоя Стокса.
Полученные результаты исследования могут найти активное применение в разработке эффективных методов управления твердыми включениями в вязкой жидкости.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского Научного Фонда (проект 18-71-00122).
1. V.D. Schipitsyn, V.G. Kozlov. Oscillatory and Steady Dynamics of a Cylindrical Body Near the Border of Vibrating Cavity Filled with Liquid // Microgravity Sci. Technol. (2018) 30: 103-112. DOI: https://doi.org/10.1007/s12217-017-9583-4
