Многофазные течения

Кустова Е. В.
Специалисты, 7 семестр.
Курс лекций по выбору. Рекомендуется всем, кто интересуется механикой жидкости, газа и плазмы.

В классической гидромеханике жидкость считается однородной средой. Однако большинство окружающих нас сред – неоднородные; они состоят из жидких, твердых, газообразных компонентов. Примеры многофазных сред: газовзвеси, аэрозоли, суспензии, эмульсии, жидкости с пузырьками газа, композитные материалы, насыщенные жидкостью грунты, наножидкости и др. Взаимодействие фаз может оказывать существенное влияние на динамику течения, сопротивление и теплопередачу. Так, при сверхзвуковых полетах в запыленной атмосфере необходимо учитывать воздействие частиц пыли на поверхность летательного аппарата. При движении углеводородов по трубопроводам наличие газовой фазы может приводить к образованию пробок. А при описании течения крови по сосудам важно помнить, что кровь – это также многофазная среда, в которой плазма крови является жидкой несущей средой, а лейкоциты, тромбоциты, эритроциты – взвешенные твердые частицы.

Описание движения неоднородных сред – сложнейшая задача. Для построения математической модели требуется определить способ осреднения параметров течения так, чтобы учесть несколько характерных масштабов: молекулярный, макроскопический и масштаб, соответствующий размеру включений. Замыкание системы уравнений требует построения моделей, описывающих трение, перенос энергии в разных фазах, межфазное взаимодействие.

В курсе рассматриваются основы построения математических моделей многофазных течений. Выводится общая система уравнений, для конкретных примеров проводится ее замыкание. Рассмотрены задачи сверхзвуковых течений газовзвесей. Кроме того, студентам предлагается самостоятельно выбрать интересующие их задачи многофазной гидродинамики и сделать доклады по этим темам.

Возможные темы докладов:

  • Течение запыленного газа.
  • Обледенение.
  • Течения жидкостей с различной реологией.
  • Многофазные течения в трубопроводах, режимы течений.
  • Задачи фильтрации.

Литература

  • Нигматулин Р. И. Механика сплошной среды. Кинематика. Динамика. Термодинамика. Статистическая динамика. — ГЭОТАР-Медиа Москва, 2014.
  • Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Часть I. М: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.
  • Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Часть II. М: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987.
  • Цибаров В.А. Кинетический метод в теории газовзвесей. СПб.: Изд-во С.-Петерб ун-та, 1997.
  • Рудяк В.Я. Статистическая аэрогидромеханика гомогенных и гетерогенных сред. Т. 1. Кинетическая теория. Новосибирск: НГАСУ. 2004. 320 с.