Исследование влияния вибрации на возникновение термокапиллярной конвекции и внутренних волн в слоях несмешивающихся жидкостей тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Новосядлый, Василий Александрович АВТОР
кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
Ростов-на-Дону МЕСТО ЗАЩИТЫ
2008 ГОД ЗАЩИТЫ
   
01.02.05 КОД ВАК РФ
Диссертация по механике на тему «Исследование влияния вибрации на возникновение термокапиллярной конвекции и внутренних волн в слоях несмешивающихся жидкостей»
 
Автореферат диссертации на тему "Исследование влияния вибрации на возникновение термокапиллярной конвекции и внутренних волн в слоях несмешивающихся жидкостей"

На правах рукописи

Новосядлый Василий Александрович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИБРАЦИИ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТЕРМОКАПИЛЛЯРНОЙ КОНВЕКЦИИ И ВНУТРЕННИХ ВОЛН В СЛОЯХ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ

ЖИДКОСТЕЙ

01 02 05 — механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Пермь - 2008

003171710

Работа выполнена на кафедре вычислительной математики и математической физики в Южном федеральном университете

Научный руководитель кандидат физико-математических наук,

доцент Зеньковская Светлана Михайловна

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук,

профессор Любимов Дмитрий Викторович

кандидат физико-математических наук Мызникова Бэла Исаковна

Ведущая организация Институт проблем механики РАН, г Москва

Защита состоится 24 июня 2008 г в 15 часов 15 мин на заседании диссертационного совета Д 212 189 06 при Пермском государственном университете по адресу Пермь, 614990, ул Букирева, 15, зал заседаний Ученого совета ПГУ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета

Автореферат разослан «/$» . ^ЧЯА- 2008г

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212 189 06, кандидат физико-математических наук, доцент Субботин Г И

С

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Интерес к исследованию параметрических воздействий на поведение жидкости обусловлен как технологическими применениями, так и запросами теории Наиболее распространенным способом таких воздействий являются вибрации, хотя представляют интерес влияния переменных электрических, магнитных, тепловых полей В результате присутствия в системе осциллирующих параметров могут проявиться либо резонансные явления, либо осредненные эффекты В связи с развитием космических технологий наибольший интерес вызывают задачи о возникновении поверхностных и внутренних волн, а также проблемы возникновения конвекции при наличии поверхностного натяжения В качестве моделей выбирают однослойную либо двухслойную систему несмешивающихся жидкостей Такие конфигурации!! позволяют выполнить достаточно точные измерения основных параметров, а с теоретической точки зрения дают возможность провести более полное математическое исследование задачи и дать рекомендации по использованию вибрации для управления течениями И хотя влияние вибрационных воздействий на движение жидкости достаточно интенсивно изучается, работ, в которых рассматриваются многослойные системы, немного, особенно в случае конечных частот Кроме того, в большинстве из них вязкость не учитывалась или считалась малой, либо вводилась модельным образом, в то время как известно, что в случае поверхности раздела влияние вязкости на резонансные частоты значительно сильнее, чем для свободной поверхности

Цель работы.

Целью данной работы является изучение влияния поступательной вибрации на возникновение внутренних и поверхностных волн, а также конвективных течений в двухслойных системах неизотермических вязких несмешивающихся жидкостей Основное внимание уделено влиянию частоты, амплитуды, скорости и направления вибрации, на физические параметры никаких ограничений не налагается Рассмотрены задачи двух типов исследование

влияние высокочастотной вибрации и изучение областей параметрических резонансов при действии вибрации конечной частоты

Методы исследования.

Для решения поставленных задач применялись аналитические, асимптотические и численные методы Для исследования высокочастотной асимптотики применялся метод осреднения, развитый применительно к задачам гидродинамики в работах И Б Симоненко, С М Зеньковской, В И Юдо-вича, Д В Любимова и др Для расчета нейтральных кривых применялись методы сведения решения спектральной задачи к решению трансцендентного уравнения Для исследования влияния вибрации произвольной частоты применялись теория Флоке, метод цепных дробей, методы решения задачи на собственные значения, методы минимизации, а также методы численного решения систем нелинейных уравнений

Научная новизна.

Впервые исследована задача о влиянии двухчастотных вертикальных колебаний на поведение двухслойной системы однородных вязких жидкостей с деформируемой поверхностью раздела Рассмотрены случаи конечных частот и произвольных амплитуд, а также высоких частот при конечных амплитудах скорости модуляции Обнаружены новые картины поведения резонансных областей, характерные для двухслойной системы С использованием обобщенных уравнений конвекции Обербека-Буссинеска (ОБ), выведены осредненные уравнения вибрационной конвекции в двухслойной системе вязких несмешивающихся неизотермических жидкостей при произвольном направлении вибрации Впервые найдено квазиравновесное решение осреднен-ной задачи с пульсационной компонентой, удовлетворяющей условию замкнутости Выписана спектральная задача для главных членов по параметрам Буссинеска В случае однородных жидкостей исследовано влияние направления вибрации на критические числа Марангони монотонной и колебательной неустойчивости Построена длинноволновая асимптотика критических параметров и собственных функций Впервые исследована задача о влиянии

термокапиллярного эффекта на возникновение волн на поверхности раздела двухслойной системы вязких однородных несжимаемых несмешивающихся жидкостей при действии вертикальных вибраций конечной частоты Исследованы области параметрических резонансов при одночастотных и двухча-стотных колебаниях

Достоверность.

Достоверность полученных результатов обусловлена корректной постановкой задач, применением математически обоснованных методов, совпадением с результатами других исследователей, а также с имеющимися экспериментальными данными Исследования, представленные в диссертационной работе, неоднократно поддерживались грантами «Математическая теория конвекции жидкости» (РФФИ 02-01-00337-а, рук Юдович В И ), грант Президента РФ по поддержке ведущих научных школ, «Математическая теория движения жидкости» (X2 НШ-1768 2003 1, рук Юдович В И ), «Математическая теория конвекции жидкости» (РФФИ 05-01-00587, рук Юдович В И , Куракин Л Г , Цибулин В Г), «Влияние параметрических воздействий на возникновение поверхностных волн, конвекции, движение тел в жидкости» (РФФИ 07-0100099-а, рук Зеньковская С М )

Публикации и личный вклад автора.

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ Из них 6 составляют статьи в журналах и депонированные статьи [1]-[6], 9 статей опубликовано в трудах конференций [7]-[15] Получено 2 свидетельства на программные комплексы [16, 17] В статье [1] автору принадлежит численная реализация метода цепных дробей и проведение вычислений В [2, 3] автор участвовал в постановке задач, выводе формул, составление комплекса программ, расчетах нейтральных кривых В [4] автору принадлежит вывод трансцендентного уравнения, реализация метода цепных дробей, проведение расчетов для различных видов условий теплообмена и сравнение численных и асимптотических результатов при малых волновых числах В [5] автору принадлежит вывод осредненных уравнений, исследование устойчивости квазиравновесия,

проведение вычислений В [16, 17] автору принадлежит построение алгоритма вычислений, написание основной части программы расчетов и составление тестовых вариантов

Апробация работы.

Результаты диссертации регулярно докладывались на семинаре по математической гидродинамике (рук В И Юдович), Южный Федеральный Университет, объединенном семинаре «Численное моделирование процессов тепло-и массообмена» (рук В И Полежаев, Г С Глушко) и «Механика невесомости и гравитационно-чувствительные системы» (рук В И Полежаев, В В Сазонов), Институт проблем механики РАН, г Москва (2006, 2007 гг), а также на XI Международном конгрессе по теоретической и прикладной механике, г Варшава, Польша (2004 г), Международной конференции «Математическая гидродинамика модели и методы», г Ростов-на-Дону (2004 г), IX-XI Международных конференциях «Современные проблемы механики сплошной среды», г Ростов-на-Дону (2005-2007 гг), V Международном аэрокосмическом конгрессе, г Москва (2006 г), 18 Congress Français de Mechamque CFM-07, г Гренобль, Франция (2007 г ), Международной конференции «Nonlinear Partial Differential Equations», г Ялта, Украина (2007 г ) Практическая значимость работы.

Результаты работы углубляют понимание гидродинамических явлений, происходящих при вибрационных воздействиях Полученные качественные и количественные результаты могут быть использованы при планировании и проведении наземных и космических физических экспериментов Применяемые в диссертации подходы и методы могут быть использованы при решении в других постановках задач о параметрическом воздействии на гидродинамические системы

Содержание и структура работы.

Текст диссертации состоит из введения, трех глав, заключения, трех приложений и списка используемой литературы (150 наименований) Общий объем диссертации 134 страницы, включая 52 рисунка

Общее содержание работы

Во Введении приведен обзор литературы, обоснована актуальность темы, изложены цель работы, методы исследования, научная новизна, достоверность, приведены публикации и личный вклад автора в совместные работы, апробация, практическая значимость, структура и содержание работы

Первая глава посвящена исследованию влияния поступательных вибраций на возникновение волн на поверхности раздела двухслойной системы изотермических несмешивающихся жидкостей Вибрации происходят по закону a(w)f((jt), функция /(г) является 27г-периодической с нулевым средним (/) = 0 Рассмотрено два случая — больших частот и малых амплитуд а = Ь/ш, b = 0(1) — амплитуда скорости, и конечных частот и произвольных амплитуд вибрации В случае больших частот колебания происходят в направлении вектора s = (eos 1/5,0,3111 ip), а при конечных частотах рассмотрены вертикальные колебания (у? = 7г/2)

Глава разбита на 6 пунктов В п 1 1 приведена математическая постановка задачи П п 1 2 и 1 3 посвящены случаю вертикальных колебаний конечных частот В п 1 2 найдено квазиравновесное периодическое решение и выписана спектральная задача для возмущений В п 1 3 эта спектральная задача с применением теории Флоке и разложения в ряд Фурье сведена к бесконечной системе линейных алгебраических уравнений для коэффициентов Фурье ск

Мп{а)Сп = аш2а(рх - р2) ^ f3ck, п = 0, ±1, ±2, , j + к = п (1)

где а — показатель Флоке, а — волновое число, р\, р2 — плотности жидкостей, fj — коэффициенты Фурье функции / Показано, что вид матрицы системы (1) зависит от разложения функции /(cuí) в ряд Фурье Если количество коэффициентов Фурье конечно, то критические значения амплитуды колебаний можно определить, решая задачу на собственные значения матрицы, считая параметр 2q — au)2a(pi — р2) характеристическим значением В случае, когда / — гармоническая функция, система (1) становится трехдиа-гональной, и оказывается возможным записать дисперсионное соотношение

в явном виде с использованием цепных дробей Если а = 0 или а = гш/2, то дисперсионные соотношения приводятся к вещественной форме Подробный вывод выражений для коэффициентов Мп приведен в приложении 1

В п 1 4 рассмотрен случай больших частот, конечной амплитуды скорости и произвольного направления вибрации К исходной задаче применен метод осреднения В результате осреднения появились виброгенные напряжения в динамическом краевом условии Найден квазиравновесный режим, удовлетворяющий условию замкнутости пульсационного потока, и выписана спектральная задача для нормальных возмущений Получено выражение для критической амплитуды скорости вибрации

Здесь все параметры безразмерные <2о — ускорение силы тяжести, С — коэффициент поверхностного натяжения, Л.1, Л.2 — глубины слоев, <р — угол, определяющий направление вибрации При <р = тг/2 выражение (2) дает условие стабилизации неустойчивости Рэлея-Тейлора, при (р = 0 — условие возбуждения стационарного волнового рельефа горизонтальными колебаниями, которое совпадает с результатами работы [Любимов Д В , Черепанов А А Мех жидк и газа 1986 №6 С 8-13 ] Исследовано влияния направления вибрации на устойчивость квазиравновесия Получено, что вертикальная вибрация оказывает стабилизирующее влияние, а горизонтальная — дестабилизирующее При фиксированном волновом числе найдено значение угла <р, при котором высокочастотные вибрации не влияют на устойчивость

В п 1 5 проведено осреднение линейной задачи для возмущений равновесного решения п 1 2 В результате получились та же спектральная задача, что и в п 1 4 при <р = 7г/2, что показывает перестановочность осреднения и линеаризации для данной задачи для (р = 7г/2

В п 1 6 приведены численные результаты В случае больших частот рассчитаны критические амплитуды скорости Ь(а) и направление вибрации (£>(а) Изучена стабилизация неустойчивости Рэлея-Тейлора и возникновение

((Р\ ~ Р2)Яъа 1 + Са)(р1 сШ ак\ + р2 с!Ь ак2)

(2)

(П (Р1 -

р1/?2 ^Ь ог/гх ск/г2(1 + /и/Л-г)2

неустойчивости Кельвина-Гельмгольца при различных соотношениях глубин слоев и угла вибрации В случае конечных частот рассчитаны нейтральные кривые а*ш{ш), где а* — mina(a) при а = 0 и ст = ш/2, а также амплитуды

а

поверхности раздела и функций тока Вычисления проведены для функций /i(cji) = cos ut и /2 (tot) = 0 8944 cos wt + 0 4472 cos 2ujt (коэффициенты выбраны так, чтобы сумма квадратов равнялась единице) Для расчетов взяты реальные жидкости — силиконовое масло-флюоринерт — которые часто используются в экспериментах Для функции f\ получен выход на высокочастотную асимптотику при ш = 103 численные и асимптотические значения W совпадают Для всех указанных

ft функций обнаружено чередование

\}v ведущего (минимального по ампли-

1 туде) резонансного режима в зави-

___ ______симости от частоты (Рис 1) Это

_____" объясняется влиянием двухслойно-

сти системы, так как для однослой-

Рис 1 Сплошные линии — синхронный резонанс,

пунктирные - субгармонический 1 - /ь 2 - /2 ной системы такое поведение не было обнаружено Проведены расчеты амплитуды поверхности раздела и изолинии функций тока

Во второй главе исследовано влияние высокочастотной вибрации произвольного направления на возникновение термокапиллярной конвекции в двухслойной системе Глава состоит из 6 пунктов В п 2 1 приведена постановка задачи Вибрации происходят по закону a{w)f{ut) вдоль направления вектора s = (cos уэ,0, sin ip) с частотой и » 1 и амплитудой а — b/uj Жидкости предполагались слабо неизотермическими с плотностями рк = A)jfe(l—РкТк), к = 1,2 На поверхности раздела действуют силы поверхностного натяжения с коэффициентом а = сто — &тТк В качестве исходной модели взята система уравнений конвекции в обобщенном приближении ОБ (переменная плотность учитывается не только в массовых силах, но и в инерционных слагаемых) Такой подход был впервые предложен Д В Любимовым

В п 2 2 выведены осредненные уравнения и краевые условия Асимптотическое представление решения разыскивалось в виде суммы медленных и быстрых, с нулевым средним по быстрому времени т = ait, составляющих Быстрые неизвестные vk, рк, Тк однозначно выражаются через плавные температуры Тк и поверхность раздела £

vk = bwk(x,t)f'(r), Тк = -b(wk(x,t)yfk(x,t))f(T), pk = ЪрокФк(х,Ь)Г(т) Í = b(wk(x,t),l(xux2,t))f(T)

Для амплитуд пульсационных скоростей wk и давлений ФА получены задачи

(1 - skfk)(wk - s) = -УФ*, div wk = 0, (4)

X3 = Ç{xi,x2,t) wln = wl, /Э01Ф1 = Р02Ф2, x3 = hh-h2 w$ = 0 (5)

Произведены осреднение по быстрому времени и переход к классическим уравнениям ОБ Осредненные уравнения и краевые условия содержат виброгенные силы Fk = Re2(wk,V)VФк и виброгенные напряжения tv — Re2

. 9Ф1 , <ЭФ2 , „. „о ,о / т^

(Poit;—w — Р02-7,—w , £), пропорциональные Re = b (f) В случае одно-

дхз дх3 х '

родных жидкостей виброгенные силы потенциальны, и их можно включить

в давление Если жидкости неоднородны, то векторы Fk содержат также слагаемые порядка £к или выше, где £к — параметр Буссинеска

В и 2 3 найдено равновесное решение осредненной задачи, удовлетворяющее условию замкнутости пульсационного потока

vok = 0, = о, Ток = Акх3, W* = (cos<pCk-£kfkX3,0,0),

1 - £кАкхз

= (1 - Ск) COS IfiXi + (х3 - £кАкх\/2) sin <р, (6)

q0k = -pok£kAkx23/2Qo + Re2/2p0kcos2 ipc2k, p0i(ci - 1) = pm{c2 - 1)

где ci = const, определяемая из условия замкнутости Выписана спектральная задача для нормальных возмущений

ЛLipk = ркЬ2фк - ек

a2ekQ0-Re¿Ak[ a2 simpC-

Ск - 1 n.fc

-га cos <р---DÇ

1 - £кАкх3

LCk =

Ck — 1

- a2 sin <рвк + га cos <p-—-—--D6k +

1 - Sk^kXз .2______ °k - 1

- = СкЬв\ L = (D2 — a2), £> = 3/dx3, (9)

Хз = 0 ф1 = D^1 = Вф2, фк = —Ат/, (10)

AII-DC1 ~ A)2-DC2 = -a2sin(/?(poi - Рог)?? +

+iapQ\{ci - l)cos(/3(ei01 - £2^), С1 - C2 = -«acos<p(a - c2)rj, (11)

в1 + А1Ц = в2 + A2t}, D9l = k2DB2, (12)

MiD2^ - fi2D2^2 + a2(/xi - ц^ф1 = —a2M(9k + Akrf), (13)

3a2(fn - ^Иф1 + A(p0i - - (/n£>V - ^ф2) +

+a2(Qo(poi - (Ha) + Ca2)r] + Re2(p0i - Рог)[а2 sin^C1 -

—iaD(2 cos(p(ci - 1) - e2a2 cos2 <р—(а - 1)202] = 0, (14)

P02

x3 = hh -h2 = 0, фк = 0, Ифк = 0, BlkDBk + В0квк = 0 (15)

где фк и (к — функции тока возмущений средней и пульсационной скоростей, 9к — температуры, А = гс — спектральный параметр, vk, цк — кинематические и динамические вязкости, Ск, щ- — коэффициенты температуро- и теплопроводности, г/ — амплитуда поверхности раздела

В пп 2 4, 2 5 построена длинноволновая асимптотика решения спектральной задачи в случае однородных жидкостей При монотонной неустойчивости асимптотика числа Марангони М имеет вид М = Mq + a2 Mi + , при этом Мо зависит от гравитации и горизонтальной составляющей вибрации Для колебательной неустойчивости построена асимптотика вида М = а~2Мо+М\+ , А = Ao+a2Ai+ Получено, что главные члены не зависят от гравитации, поверхностного натяжения и вибрации

В п 2 6 приведены результаты вычислений чисел Марангони и частоты нейтральных колебаний, а также критической амплитуды скорости вибрации для однородных жидкостей Спектральная задача для нормальных возмущений п 2 3 решалась сведением к трансцендентному уравнению стандартным способом Подробный вывод расчетных формул приведен в приложении

Рис 2 Нейтральные кривые М(а) Ацетонитрил-п-гексан = 0 Слева монотонная неустойчивость 1 — Ие2 = 0, 2 — Ие2 = 6 107 Справа монотонная (сплошные) и колебательная (пунктир) неустойчивость 1 — Ие2 = 0, 2 — Ые2 = 6 107, 3 — Г1е2 = 108

2 Получен выход на длинноволновую асимптотику Для системы жидкостей силиконовое масло-флюоринерт обнаружено существование замкнутых областей колебательной неустойчивости Исследовано влияние вибрации на критические числа Марангони монотонной и колебательной неустойчивости (Рис 2) Получено, что вертикальная составляющая вибрации стабилизирует систему, увеличивая поверхностное натяжение, а горизонтальная — дестабилизирует Изучено влияние модели конвекции (классические и обобщенные уравнения ОБ) на критические числа Марангони монотонной неустойчивости

В третьей главе исследовано влияние вертикальных вибраций конечной частоты и произвольной амплитуды на термокапиллярную неустойчивость двухслойной системы однородных жидкостей Тем самым, изучено влияние термокапиллярного эффекта на параметрическое возбуждение волн Глава состоит из 4 пунктов П 3 1 содержит постановку задачи и основные уравнения В п 3 2 найдено квазиравновесное решение с вертикальным градиентом температуры и выписана спектральная задача для нормальных возмущений В п 3 3, аналогично п 1 3 , выводится дисперсионное соотношение В п 3 4 приведены результаты расчетов зависимостей аш(а) и с(а) для жидкостей силиконовое масло-флюоринерт Вычисления были проведены для тех же функций что и в первой главе Для / = получен выход на

высокочастотную асимптотику п 2 3 при значениях частоты ш ~ 104 Показа-

но, что наличие термокапиллярного эффекта приводит к появлению областей квазипериодической неустойчивости Форма этих областей сильно зависит от выбора функции На Рис 3 приве-

дены нейтральные кривые асо(а),

Рис 3 Нейтральные кривые <ш(а) и> = 75, М = соответствующие КВЭЗИПерИОДИЧе--54608 6 Сплошная линия — Д, пунктирная — /г

скои неустойчивости, при этом области неустойчивости находятся внутри

В Заключении изложены основные результаты и выводы В трех Приложениях приведен подробный вывод формул Эти выкладки можно использовать не только для проведения вычислений, но и для знакомства со способами получения такого рода формул

Основные результаты и выводы

1 Исследовано влияние поступательных высокочастотных вибраций произвольного направления на возникновение волн на границе раздела двухслойной системы вязких несмешивающихся изотермических жидкостей Получено выражение для критической амплитуды скорости вибрации Исследовано влияние направления вибрации на устойчивость системы При фиксированном волновом числе найдено направление, при котором вибрация не оказывает влияния на устойчивость

2 Рассмотрена задача о возникновении волн на границе раздела двухслойной системы вязких несмешивающихся изотермических жидкостей при действии вертикальных поступательных полигармонических вибраций конечной частоты Исследованы области параметрических резонансов в зависимости от формы колебаний и толщин слоев Обнаружены области синхронного и субгармонического резонансов Показано, что двухслойность приводит к чередованию критических типов резонансов в зависимости от частоты Кроме того, при наличии двухчастотности может измениться порядок следования

резонансных областей

3 Выведены осредненные уравнения и краевые условия вибрационной конвекции в двухслойной системе вязких несмешивающихся слабо неизотермических жидкостей с использованием обобщенного приближения Обербека-Буссинеска Приведены выражения для виброгенных силы и напряжений Выписана задача, из которой находятся быстрые компоненты через медленные, что позволяет найти главные члены высокочастотной асимптотики Исследована устойчивость равновесия, удовлетворяющего условию замкнутости в целом Исследовано влияние направления вибрации на устойчивость системы Получено, что вертикальная составляющая вибрации стабилизирует систему, а горизонтальная — дестабилизирует

4 В задаче о вибрационной конвекции Марагони в двухслойной системе найдены главные члены длинноволновой асимптотики монотонной и колебательной неустойчивости Получено, что горизонтальная составляющая вибрации входит в главные члены асимптотики монотонной неустойчивости В случае колебательной неустойчивости главные члены не зависят от гравитации, поверхностного натяжения и вибрации

5 Исследована задача о влиянии термокапиллярного эффекта на возникновение волн на поверхности раздела двухслойной системы вязких однородных несжимаемых несмешивающихся жидкостей при действии вертикальной вибрации конечной частоты В явном виде построено дисперсионное соотношение для показателей Флоке Показано, что наличие термокапиллярного эффекта приводит к появлению областей квазипериодической неустойчивости, которые существуют наряду с синхронными и субгармоническими Исследовано поведение этих областей в зависимости от закона и параметров вибраций

Список основных публикаций

[1] Yudovich VI, Zenkovskaya S M, Novossiadliy V A , Shleykel A L Parametric excitation of waves on a free boundary of a horizontal fluid layer // Comptes Rendus Mecanique V 332 2004 P 257-262

[2] Зеньковская С М, Новосядлый В А Параметрическое возбуждение волн на границе раздела двухслойной системы // Изв вузов Сев -Кавк регион Естеств науки 2004 Спецвыпуск Нелинейные проблемы механики сплошных сред С 117-123

[3] Зеньковская С М, Новосядлый В А Параметрическое возбуждение волн на границе раздела двуслойной системы // Деп в ВИНИТИ, 26 10 2005 г, № 1366-В2005

[4] Зеньковская С М, Новосядлый В А , Шлейкель А Л Влияние вертикальных колебаний на возникновение термокапиллярной конвекции в горизонтальном слое жидкости // Прикл матем и мех Т 71 Вып 2 2007 С 277-288

[5] Зеньковская С М, Новосядлый В А Влияние высокочастотной вибрации произвольного направления на возникновение конвекции в двухслойной системе с деформируемой границей раздела // Деп в ВИНИТИ 29 06 2007 № 683-В 2007, 60 с

[6] Новосядлый В А Действие вертикальных поступательных вибраций конечной частоты на возникновение термокапиллярной конвекции в двухслойной системе // Деп в ВИНИТИ 15 И 2007 г, № 1065-В 2007

[7] Новосядлый В А Влияние двухчастотных колебаний на параметрическое возбуждение волн на поверхности горизонтального слоя жидкости / / Математическое моделирование, вычислительная механика и геофизика Тр I шк -сем "Математическое моделирование, вычислительная механика и геофизика", Ростов-на-Дону, 14-18 октября 2002 г г Ростов-на-Дону изд-во "Новая книга", 2002 С 176

[8] Yudovich VI, Novosiadliy V А , Shleykel A L , Zenkovskaya S М Parametric excitation of waves of a free boundary of a horizontal fluid layer // Тр Междунар конференции Saint Petersburg, Patterns and Waves, 2003 11 с

[9] Yudovich VI, Zenkovskaya S M, Novosiadliy V A , Shleykel A L Dynamic Instability of a Vertically Oscillating Fluid Layer with Free Boundary and Excitation of Waves // Tp Междунар конф Advanced Problems in Thermal Convection, Perm, 2003 PP 200-205

[10] Zenkovkaya S M, Shleykel A L , Novosiadliy V A Onset of Thermocapillary Convection in Layer under Influence of Translational Transversal Oscillations of Arbitrary Frequency // Тр Междунар копф Ad\anccd Problems m Thermal Convection, Perm, 2003 PP 206-211

[11] Zenkovskaya S M, Shleykel A L , Novossiadliy V A The influence of vibration on the onset of Marangom convection in horizontal fluid layer // Тр Междунар конгр по теоретической и прикладной механике ICTAM04, Варшава, Польша, 2004 ISBN 8389687-01-1

<ï/(j

[12] Новосядлый В А Параметрическое возбуждение внутренних волн двухчастотными колебаниями // Тр X Междунар конф "Современные проблемы механики сплошной среды" Ростов-на-Дону 2006 Т 2 2007 С 242-246

[13] Zenkovskaya S M, Novosiadhy V A Influence of vibration on the onset of convection in two-layer system // Proceedings of 18 Congres Français de Mecamque, Grenoble, 27-31 August 2007 P 1-6

[14] Зеньковская С M, Новосядлый В А Длинноволновые асимптотики в задаче о конвекции Марангони в двухслойной системе // Тр XI Междунар конф "Современные проблемы механики сплошной среды", Ростов-на-Дону 2007 Т1 С 128-132

[15] Новосядлый В А Влияние термокапиллярного эффекта на возбуждение волн // Тр XI Междунар конф "Современные проблемы механики сплошной среды", Ростов-на-Дону 2007 Т 1 С 195-199

[16] Новосядлый В А , Столповский А В Комплекс расчета критических параметров для задачи устойчивости движения в слоях с деформируемой поверхностью под воздействием одночастотных вертикальных колебаний ContPracSolv, версия 1 1 Свидетельство № 2007613380, 10 августа 2007 г

[17] Новосядлый В А , Шамраев H Г Комплекс расчета критических собственных значений для задачи устойчивости движения в слоях с деформируемой поверхностью под воздействием многочастотных вертикальных колебаний DefMulOscilSolv, версия 1 1 Свидетельство № 2007613381, 10 августа 2007 г

Издательство «ЦВВР» Лицензия ЛР № 65-36 от 05 08 99 г Сдано в набор 15 05 08 г Подписано в печать 15 05 08 г Формат 60x84 1/16 Заказ № 941 Бумага офсетная Гарнитура «Тайме» Оперативная печать Тираж 100 экз Печ лист 1,00 Услпечл 1,00 Типография Издательско-полиграфическая лаборатория УНИИ Валеологии «Южный федеральный университет» 344091, г Ростов-на-Дону, ул Зорге, 28/2, корп 5 «В», тел (863) 247-80-51 Лицензия на полиграфическую деятельность № 65-125 от 09 02 98 г

 
Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Новосядлый, Василий Александрович

Введение

Глава I. Возникновение внутренних волн в двухслойной системе изотермических жидкостей.

1.1. Постановка задачи.

1.2. Квазиравновесное решение. Спектральная задача для возмущений.

1.3. Решения Флоке. Дисперсионные соотношения. Метод цепных дробей.

1.4. Высокочастотное приближение. Метод осреднения.

1.5. Осреднение линейной задачи для возмущений.

1.6. Численные результаты.

Глава II. Влияние высокочастотных поступательных вибраций на возникновение термокапиллярной конвекции в двухслойной системе.

2.1. Постановка задачи.

2.2. Асимптотика больших частот. Метод осреднения.

2.3. Равновесное решение. Спектральная задача.

2.4. Асимптотика малых а. Монотонная неустойчивость.

2.5. Асимптотика малых а. Колебательная неустойчивость.

2.6. Результаты вычислений.

Глава III. Влияние вертикальных вибраций конечной частоты на возникновение термокапиллярной конвекции в двухслойной системе.

3.1. Постановка задачи.

3.2. Квазиравновесное решение. Спектральная задача для возмущений.

3.3. Решения Флоке. Дисперсионные соотношения.

3.4. Численные результаты.

 
Введение диссертация по механике, на тему "Исследование влияния вибрации на возникновение термокапиллярной конвекции и внутренних волн в слоях несмешивающихся жидкостей"

Влияние параметрических воздействий на поведение жидкости представляет интерес не только для фундаментальной гидродинамики, но и в связи с проблемами управления устойчивостью, задачами космической технологии. Такие воздействия могут приводить к возникновению волн на деформируемых свободных границах и поверхностях раздела. Если жидкость неизотермическая, то на поведение системы оказывают влияние термо- и концентрационно-капиллярные эффекты, то есть может идти речь о возникновении конвекции при наличии параметрических воздействий.

Наиболее распространенными случаями периодической модуляции параметра являются модуляции градиента температуры или ускорения силы тяжести. Хотя эти два случая не исчерпывают всех возможностей параметрических воздействий, основное внимание в обзоре литературы уделим именно этим работам.

Впервые влияние вибрации на возбуждение капиллярно-гравитационных волн описана в экспериментах Фарадея [1, 2]. В них изучалось влияние вибрации на упругую границу слоя жидкости. Теоретические исследования этой задачи были начаты в работах Рэлея [3]-[5]. Классическими примерами действия вибрации являются задачи о маятнике с колеблющейся точкой подвеса [6]. Вертикальные колебания точки подвеса могут сделать нижнее положение равновесия неустойчивым, а верхнее — устойчивым. Горизонтальные колебания точки подвеса приводят к появлению новых устойчивых положений равновесия [7]. Указанные работы П.Л. Капицы до сих пор являются ориентиром и при исследовании влияния вибрации на гидродинамические системы.

В работах [8, 9] описаны эксперименты по динамической стабилизации неустойчивости Рэлея-Тейлора, показано, что высокочастотные вертикальные вибрации приводят в устойчивое состояние систему, в которой тяжелая жидкость налита поверх легкой. Кроме того, приведен эксперимент, в котором при высокочастотных горизонтальных колебаниях сосуда поверхность раздела становится неустойчивой, и на ней возникает практически неподвижный периодический рельеф.

Впервые влияние модуляции параметра в задачах конвекции рассмотрено в работах [10, 11], где исследовано равновесие горизонтального слоя со свободными границами при периодическом изменении градиента температуры. При этом предполагалось, что частота модуляции мала, а амплитуда конечна. Тогда поведение возмущений по времени определяется уравнением Хилла, которое решается в случае прямоугольной модуляции. Несмотря на наличие ряда упрощающих предположений, качественные выводы этих работ показывают, что модуляция градиента температуры может приводить к возникновению областей неустойчивости резонансного типа.

Влияние вибрации на возникновение конвекции впервые рассмотрено в работе [12]. Был исследован случай вертикальных высокочастотных гармонических колебаний частоты и —> оо, амплитуды а порядка 0( 1/а;), так что амплитуда скорости Ь = аи конечна. При сделанных предположениях к уравнениям конвекции Обербека-Буссинеска (ОБ) был применен метод осреднения Ван дер Поля-Крылова-Боголюбова, который до этого времени'в задачах гидродинамики не применялся. Авторы придали методу осреднения для задач конвекции ту же форму, что и в задаче о маятнике с вибрирующей точкой подвеса [6, 7]. Следует отметить, что ранее в работе [13] метод осреднения был применен при исследовании устойчивости упругих систем при параметрических воздействиях. В [12] были впервые выведены осредненные уравнения конвекции жидкости в произвольном сосуде с твердой (или же недеформируемой) границей. Оказалось, что действие вибрации порождает виброгенную (так она была впоследствии названа в работах В.И. Юдовича) силу, которая пропорциональна квадрату скорости вибрации и не зависит от силы тяжести. В этой же работе проанализирован случай слоя со свободными границами. Показано, что при достаточно интенсивной вибрации можно предотвратить конвекцию при любом градиенте температуры. Этот же самый результат для слоя с твердыми стенками получен в [14]. После работы [12] появилось много статей, где рассматривалась конвекция либо при действии вертикальных вибраций, либо при осциллирующем градиенте температуры. Библиография этих работ, опубликованных до 1972 г., приведена в монографии [15].

Качественно новые результаты были получены в работе [16] (см. также [17]), где рассматривалось действие гармонических высокочастотных вибраций произвольного направления. В этих работах были также выведены осредненные уравнения для областей с твердой границей. Проанализирован случай модельной задачи и показано, что направление вибрации оказывает существенное влияние на возникновение конвекции. Так, например, если направление вибрации содержит горизонтальную составляющую, то конвекция может возникнуть и при нагреве сверху.

Вибрационная конвекция в условиях невесомости впервые была рассмотрена в работе [18]. При невесомости определяющим физическим параметром является вибрационное число Рэлея, введенное в [12].

Подход, развитый в [12, 16] с использованием метода осреднения впоследствие применялся в работах, обзор которых частично дан в [19] и монографии [20].

Следует обратить внимание на работу [21]. В этой работе с применением методов осреднения и Галеркина исследуется устойчивость конвективного движения, возникающего в слое жидкости, равномерно вращающемся с большой скоростью вокруг горизонтальной оси. К линеаризованной около плоскопараллельного периодического режима задаче применяется метод осреднения по аналогии с [12]. Осредненная задача для возмущений решается методом Галеркина. Численно показано, что вращение вокруг горизонтальной оси оказывает стабилизирующее воздействие. Кроме того, для определения области применимости метода осреднения, проведено сравнение результатов, полученных при решении методом Галеркина неосредненных уравнений для возмущений. Показано, что уже при сравнительно небольших скоростях вращения происходит выход на асимптотику осредненных уравнений. Кроме того, решались нелинейные неосредненные уравнения и анализировался выход на периодический режим при различных значениях надкритичности числа Рэлея.

Наряду с теоретическими работами по вибрационной конвекции, появились экспериментальные работы Г.Ф. Путина и его сотрудников [22]. В этой работе авторам удалось выделить в чистом виде действие вибрационностатического механизма неустойчивости и получить экспериментально критическое значение вибрационногоч числа Рэлея, которое близко к теоретическому значению, полученному в [18].

Достоинством применения метода осреднения является то, что он позволяет на основе анализа устойчивости стационарных решений (в задаче конвекции это — квазиравновесие) осреденной задачи судить об устойчивости соответствующего периодического решения исходной задачи. Обоснование этого вывода для задач конвекции с твердой границей дано в работах И.Б. Симоненко [23]—[25] и В.Б. Левенштама [26]—[27]. Заметим, что при выводе осредненных уравнений для быстрых составляющих нарушаются краевые условия прилипания и условия для температуры. Это приводит к необходимости учета вибрационных пограничных слоев. В некоторых случаях они были построены [28]—[30]. Примечательной особенностью результатов по обоснованию метода осреднения в задачах конвекции в случае твердых границ является тот факт, что погранслои не влияют на ведущие члены асимптотики критических значений. Дальнейшее развитие метода осреднения вообще, и для систем со связями, в частности, дано в работах В.И. Юдовича [31]—[35].

Эффективность применения метода осреднения привела к расширению круга задач по вибрационной конвекции, в частности, показано, что присутствие примеси может оказывать разнообразное влияние: при вертикальной вибрации сделать невозможной абсолютную стабилизацию, вызвать конвекцию в невесомости при любом направлении вибрации [36]. Вибрационная конвекция многокомпонентной жидкости исследована в [37]. Следует обратить внимание на еще один интересный результат в задаче о вибрационной конвекции бинарной смеси. В [38] было показано, что нейтральные кривые Яа^а) монотонной и колебательной неустойчивости при Яа2 т^ 0, могут состоять из двух компонент, одна из которых замкнута, где Яа2 — тепловое и концентрационное числа Рэлея. Это установлено строго в [36] для слоя со свободными границами, а для твердых стенок подтверждено численно [38].

Влияние высокочастотной вибрации на фильтрационную конвекцию изучалось в [39, 40]. Здесь применялся тот же подход, что и в предшествующих работах, при этом ньютоновская вязкость заменялась на вязкость Дарси. Была исследована гравитационная конвекция и конвекция в невесомости. В случае пониженной гравитации определены значения безразмерной скорости вибрации, при которых критические значения параметров соответствуют случаю невесомости. Найдены условия, при которых выполняется принцип монотонности. Согласно проведенным исследованиям, высокочастотные вибрации могут оказывать стабилизирующее влияние на конвективную устойчивость жидкости, насыщающей пористую среду. Более того, заставляя контейнер совершать вертикальные вибрации, можно задержать возникновение конвекции или даже полностью предотвратить. В то же время интенсивная горизонтальная вибрация оказывает дестабилизирующее влияние, вызывая конвекцию в условиях невесомости и микрогравитации. В земных условиях горизонтальная вибрация вызывает конвекцию не только при подогреве снизу, но и при нагреве сверху. Во всех цитированных работах осредненные уравнения были выведены для произвольной области с твердой границей, а в качестве примера рассматривался горизонтальный слой-с твердыми или "мягкими"(свободными недеформи-руемыми) стенками.

Теперь остановимся на основных работах, посвященных модуляции конечных частот.

Отметим цикл работ В.И. Юдовича и Г.С. Маркмана, посвященных исследованию конвекции в горизонтальном слое жидкости при модулированном поле внешних сил — температуры или гравитации [41]—[44]. В этих работах с помощью аналитических, асимптотических и численных методов были рассмотрены задачи конвективной устойчивости, построены нейтральные кривые, а также, с применением метода Ляпунова-Шмидта, исследованы вторичные режимы. Именно в этих работах был впервые применен метод цепных дробей в задачах конвекции для построения нейтральных кривых. Здесь же следует упомянуть статью [45], где был рассмотрен случай бинарной смеси при действии вертикальной вибрации конечной частоты. Полученные в этой работе численные результаты хорошо согласуются с асимптотикой больших частот статьи [36].

Влияние гармонической вибрации конечной частоты на конвекцию Рэлея-Бенара рассмотрено в [46]. Линейный анализ устойчивости проведен при помощи метода Галеркина. Получено, что в зависимости от частоты колебаний первым может возбуждаться как субгармонический, так и синхронный режим. Нелинейная задача решается при помощи метода Галеркина и амплитудных уравнений.

В [47], изучаются условия возникновения конвекции Рэлея-Бенара в слое, ограниченном изотермическими стенками. Подогрев нижней стенки меняется в зависимости от времени'синусоидально с малой безразмерной частотой. При помощи методов ВКБ и сращиваемых асимптотических разложений выведено условие начала конвекции.

Имеется цикл работ по конвекции несжимаемых жидкостей и бинарных смесей в осциллирующих полях различной природы. Подробный список приведен в автореферате [48]. Перечислим работы, близкие к тематике данной диссертации. В [49] исследовано влияние горизонтальных, колебаний конечной частоты на возникновение конвекции в горизонтальном слое. Основной режим — плоскопараллельное осциллирующее течение. Для исследования устойчивости применен* метод Канторовича. В [50, 51] изучалось влияние эффекта Соре на двухдиффузионную конвекцию Рэлея-Бенара либо при вибрациях, либо при осцилляции градиента температуры.

Несмотря на то, что параметрическими воздействиями конечных частот интересоваться стали давно, экспериментальные работы появились сравнительно недавно. Большой вклад в экспериментальное изучение вибрационной конвекции было сделано Г.Ф. Путиным и его сотрудниками [52]-[55].

В [53] экспериментально исследована устойчивость подъемно-опускного термоконвективного течения в вертикальном слое жидкости, подогреваемом сбоку и совершающем гармонические колебания вдоль вертикальной оси. В [54] сообщается о первом экспериментальном наблюдении параметрического резонанса в термоконвективной системе при модуляции силы тяжести. Опыты проведены с нагреваемым сверху плоским горизонтальным слоем жидкости, совершающим как целое колебания вдоль вертикального направления. Описаны два типа конвективных колебаний - с периодами, равными периоду (синхронный) и половине периода (квазипериодический) модуляции силового поля. Исследованы структуры надкритических конвективных движений и тепловые потоки. Указано, что параметрический механизм конвекции способствует значительной интенсификации тепломассопереноса, по сравнению с гравитационно-конвективной теплопередачей.

В работе [55] описываются структуры течений в трансформаторном масле, заполняющем полость в форме прямого кругового цилиндра, совершающую крутильные колебания вокруг горизонтальной оси. Рассмотрены случаи низкочастотных, промежуточных и высокочастотных угловых ускорений при однородной температуре жидкости, а также при подогреве снизу либо нагреве сверху. Изучено взаимодействие объемного конвективного механизма генерации течений с неконвективным механизмом, основанным на увлечении жидкости неравномерно вращающимися стенками за счет вязкого трения. Течения изучались для изотермического и неизотермического случаев, а также низких (до 3 Гц), средних (от 3 до 8 Гц) и высоких (более 8 Гц) частот качаний.

Среди экспериментальных работ следует отметить работы В.Г. Козлова, A.A. Ивановой и их сотрудников [56]. В экспериментах, проведенных этими авторами, рассматривались различного вида вибрационные воздействия в различных областях.

Проблемы космических технологий вызывают необходимость изучения конвекции в условиях микрогравитации. Об исследованиях микрогравитационной обстановки и конвекции жидкости на космических аппаратах сообщается в работах В.И. Полежаева и его сотрудников" [57]-[66]. В данных работах описывается структура и приводятся графики микроускорений, взаимодействие вибрационной и тепловой конвекции, фотографии экспериментов. Из этих графиков видно, что структура микроускорений не одно- а многочастотная. Экспериментальные материалы, опубликованные в этом цикле статей, дают полезную информацию для теоретических исследований.

Теперь остановимся на работах, в которых рассматриваются задачи со свободными границами и поверхностями раздела. Обзор основных работ указанного направления содержится в монографии [67]. Однако в ней отсутствуют статьи, в которых рассматриваются задачи с параметрическими воздействиями. В работе [68] изучается воздействие горизонтальных высокочастотных вибраций на устойчивость поверхности раздела двухслойной системы со слоями одинаковой глубины. В ней получено условие возникновения стационарного волнового рельефа. Монография [69] посвящена изучению влияния вибрации на поведение свободной поверхности жидкости или поверхностей раздела жидкостей в изотермических условиях. Рассмотрены случаи высокочастотного вибрационного воздействия и конечных частот. В случае высоких частот применен метод многомасштабных разложений. В случае конечных частот рассмотрение ведется либо в рамках идеальной жидкости, либо в маловязком приближении, когда применим метод возмущений.

Частично обзор работ по теоретическому исследованию волн Фа-радея в рамках приближения идеальной жидкости дан в монографии [70]. Как известно, в этом случае линейная задача устойчивости сводится к анализу уравнения Матье [71, 72]. В [70] рассматриваются волны на поверхности слоя жидкого диэлектрика при наличии переменного электрического поля. Приведены результаты эксперментов по возбуждению поверхностных волн электрическим полем. В работе [73] при исследовании влияния переменных внешних полей на неустойчивость Рэлея-Тейлора для возмущений свободной поверхности получено интегро-дифференциальное уравнение для слоя бесконечной глубины, которое проанализировано в асимптотическом случае малой вязкости. Следует также отметить, что интегро-дифференциальное уравнение было также получено в работе [74]. В работе [75] исследовано влияние двухчастотных вертикальных вибраций на параметрическое возбуждение волн в слое конечной глубины без ограничений на вязкость. Задача устойчивости сводится к решению задачи на собственные значения. Приведено сравнение с экспериментом. В [76] рассмотрено параметрическое возбуждение волн на свободной границе горизонтального слоя вязкой жидкости при вертикальных вибрациях. Линейная задача устойчивости сведена к интегро-дифференциальному уравнению, которое в случае слоя бесконечной глубины сводится к уравнению Черепанова [73]. В случае гармонических колебаний дисперсионное соотношение построено в явной форме с применением цепных дробей. При этом не накладываются ограничения на вязкость и другие параметры системы. Достаточно подробный обзор зарубежных работ во волнам Фарадея приведен в [77].

Впервые влияние вибрации на термокапиллярную конвективную неустойчивость в слое со свободной недеформируемой- границей было рассмотрено в работе В.А. Брискмана [78].

Принципиально новый подход при исследовании вибрационной конвекции в областях со свободной границей и поверхностями раздела был предложен и обоснован Д.В. Любимовым [79]-[82]. В предложенной модели, которая названа обобщенным приближением ОБ, для слабо неизотермической жидкости в уравнениях движения переменная плотность учитывается не только в массовых силах, но и в инерционных слагаемых. Эта модель стала применяться во многих последующих работах, и, в частности, в [83]—[85]. В этих работах показано, что использование обобщенного приближения ОБ приводит к качественно новым результатам по сравнению с традиционной моделью, и лишь в случае вертикальных колебаний обе модели дают совпадающие результаты. Влияние термокапиллярного эффекта на параметрическое возбуждение волн рассмотрено в [86] где в предположении слабой вязкости жидкости применен метод возмущений.

Исследования по конвекции в многослойных системах были начаты сравнительно недавно, и в основном рассматривались двухслойные системы. Проанализируем результаты работ по двухслойным системам в отсутствии вибрации.

В 1959 г. вышла работа [88], в которой рассматривалась концентрационная неустойчивость на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей. Так как уравнение диффузии аналогично уравнению теплопроводности, а зависимость коэффициента поверхностного натяжения от концентрации,примеси имеет такой же характер, как его зависимость от температуры, то задача [88] близка к известной задаче Пирсона (см. [67]).

В [89] аналитически и численно изучается конвективная неустойчивость в двухслойной системе конечной толщины и бесконечной в горизонтальном направлении. Твердые границы изотермические, жидкости вязкие, несмешивающиеся. Изучается взаимодействие бенаровского и Маран-гони механизмов возбуждения конвекции. Рассматривается, только монотонная неустойчивость. Построена асимптотика малых волновых чисел.

Имеется цикл работ [90]—[95], в которых изучалась термокапиллярная конвекция в двухслойных системах с недеформируемой поверхностью раздела. В [96] рассмотрена многослойная система.

В [97] рассматривается задача об устойчивости равновесия в нагреваемой сверху системе, состоящей из двух слоев конечной толщины разных жидкостей. Нижние и верхние границы — твердые изотермические стенки. Граница раздела слоев плоская недеформируемая. Релей-тейлоровский механизм неустойчивости, капиллярные и термокапиллярные эффекты на границе раздела не учитываются. Рассмотрены предельные случаи, когда возможно найти точное аналитическое решение задачи. Показано, что монотонная неустойчивость возникает при нагреве сверху.

Большой вклад в изучение конвекции был сделан также в работах [98]—[101]. В [102] рассмотрена двухслойная< система слабосжимаемых жидкостей. Достаточно много экспериментальных (как в наземных, так и космических условиях) и теоретических работ по конвекции Рэлея-Бенара-Марангони было сделано за рубежом [103]—[111], ссылки на некоторые их них даны в тексте диссертации.

Книга [112] посвящена конвекции в системах со свободными поверхностями и поверхностями раздела. Рассматриваются однослойные, двухслойные и трехслойные системы, типы конвективной неустойчивости, случаи деформируемых и недеформируемых поверхностей, а также течения в очень тонких пленках. Влияние вибрации на возникновение внутренних волн, а также стабилизация неустойчивости Рэлея-Тейлора, рассматривались в экспериментальных и теоретических работах [73], [113]-[116].

Влиянию высокочастотных вибрации посвящены работы [ИТ]—[126]. В работе [119] рассмотрен случай, когда применимо приближение одно-жидкостной модели, исследована устойчивость квазиравновесия при горизонтальных вибрациях. В работе [123] изучалась вибрационная конвекция Марангони в двухслойной системе при вертикальных вибрациях. В [126] для задачи вибрационной конвекции, полученной с помощью метода осреднения, проведено исследование воздействия высокочастотный колебаний поля внешних массовых сил на конвекцию в смешивающихся жидкостях. Рассмотрены структуры течений, возникающие при начальных условиях, соответствующих физическим экспериментам при пониженной гравитации.

В [127] рассмотрена устойчивость поверхности раздела двух несме-шивающихся жидкостей разной плотности под воздействием горизонтальных гармонических колебаний. Резонансная неустойчивость исследуется сведением к уравнению Матье в рамках модели идеальной жидкости. Модель, учитывающая вязкую диссипацию, строится введением в полученное уравнение члена, описывающего затухание. Обсуждается роль вязкой диссипации в подавлении резонансной неустойчивости. В частности, сделан вывод, что при достаточно высоких частотах вибраций параметрическая* неустойчивость имеет место в узком интервале волновых чисел, и, как следствие, сильно чувствительна к вязкому демпфированию. В [128] исследовано влияние вибрации на неустойчивость Рэлея-Тейлора в двухслойной системе. В случае, когда плотность и вязкость нижней жидкости малы по сравнению с верхней, рассматривается слабо нелинейная задача в длинноволновом приближении. Показано, что в этом случае вибрация увеличивает поверхностное натяжеиие. Также рассматривается случай, когда вязкости и плотности жидкостей близки друг к другу. Экспериментальная работа [129] посвящена изучению влияния вертикальной вибрации на однослойные системы. При определенных частотах и амплитудах вибрации обнаружено существование устойчивой системы кругообразных отверстий при отсутствии волн Фарадея, а также совместное существование системы отверстий и волн Фарадея. Изучены границы существования этих режимов, а также размеры отверстий в зависимости от частоты и амплитуды вибрации.

В данной диссертации изучается влияние вибрационных воздействий на поведение двухслойной системы с поверхностью раздела. При этом жидкости рассматриваются как изотермические, так и неизотермические, когда коэффициент поверхностного натяжения зависит от температуры.

Актуальность темы.

Интерес к исследованию параметрических воздействий на поведение жидкости обусловлен как технологическими применениями, так и запросами теории. Наиболее распространенным способом таких воздействий являются вибрации, хотя представляют интерес влияния переменных электрических, магнитных, тепловых полей. В результате присутствия в системе осциллирующих параметров могут проявиться либо резонансные явления, либо осредненные эффекты. В связи с развитием космических технологий наибольший интерес вызывают задачи о возникновении поверхностных и внутренних волн, а также проблемы возникновения конвекции при наличии поверхностного натяжения. В качестве моделей выбирают однослойную либо двухслойную систему несмешивающихся жидкостей. Такие конфигурации позволяют провести достаточно точные измерения основных параметров, а с теоретической точки зрения дают возможность провести более полное математическое исследование задачи и дать рекомендации по использованию вибрации для управления течениями и их устойчивостью. И хотя влияние вибрационных воздействий на движение жидкости достаточно интенсивно изучается, работ, в которых рассматриваются многослойные системы, немного, особенно в случае конечных частот. Кроме того, в большинстве работ вязкость не учитывалась, считалась малой, либо вводилась модельным образом, в то время как известно, что в случае поверхности раздела влияние вязкости на резонансные частоты значительно сильнее, чем для свободной поверхности.

Цель работы.

Целью данной работы является изучение влияния вибрации на возникновение внутренних и поверхностных волн, а также конвективных течений в двухслойных системах неизотермических вязких несмешивающихся жидкостей. Основное внимание уделено влиянию частоты, амплитуды, скорости и направления вибрации; на физические параметры никаких ограничений не налагается. Рассмотрены задачи двух типов: исследование влияние высокочастотной вибрации и изучение областей параметрических ре-зонансов при действии вибрации конечной частоты.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач применялись аналитические, асимптотические и численные методы решений дифференциальных уравнений. Для исследования высокочастотной асимптотики применялся метод осреднения, развитый применительно к задачам гидродинамики в работах И. Б. Симоненко, С. М. Зеньковской, В. И. Юдовича, Д. В. Любимова и др. Для расчета нейтральных кривых применялись методы сведения решения спектральной задачи к решению трансцендентного уравнения. Для исследования влияния вибрации произвольной частоты применялись теория Флоке, метод цепных дробей, методы решения задачи на собственные значения, методы минимизации; а также методы численного решения систем нелинейных уравнений.

Научная новизна.

Впервые исследована задача о влиянии двухчастотных вертикальных колебаний на поведение двухслойной системы однородных вязких жидкостей с деформируемой поверхностью раздела. Рассмотрены случаи конечных частот и произвольных амплитуд, а также высоких частот при конечных амплитудах скорости модуляции. Обнаружены новые картины поведения резонансных областей, характерные для двухслойной системы. С использованием обобщенных уравнений конвекции Обербека-Буссинеска (ОБ), выведены осредненные уравнения вибрационной конвекции в двухслойной системе вязких несмешивающихся неизотермических жидкостей при произвольном направлении вибрации. Найдено квазиравновесное решение осредненной задачи с пульсационной компонентой скорости, удовлетворяющей условию замкнутости. Выписана спектральная задача для главных членов по параметрам Буссинеска. В случае однородных жидкостей исследовано влияние направления вибрации на критические числа

Марангони монотонной и колебательной неустойчивости. Построена длинноволновая асимптотика критических параметров и собственных функций. Впервые исследована задача о влиянии термокапиллярного эффекта на возникновение волн на поверхности раздела двухслойной системы вязких однородных несжимаемых несмешивающихся жидкостей при действии вертикальных вибраций конечной частоты. Исследованы области параметрических резонансов при одно- и двухчастотных колебаниях.

Достоверность.

Достоверность полученных результатов обусловлена корректной постановкой задач, применением математически обоснованных методов, совпадением с результатами других исследователей, а также с имеющимися экспериментальными данными. Исследования, представленные в диссертационной работе, неоднократно поддерживались грантами «Математическая теория конвекции жидкости (переходы, параметрическое возбуждение волн, асимптотические методы, магнитогидродинамические и вибрационные эффекты)» (РФФИ 02-01-00337-а, рук. Юдович В.И.), грант Президента РФ по поддержке ведущих научных школ, «Математическая теория движения жидкости - разрешимость и единственность, аналитическая динамика, конвекция, устойчивость, асимптотические методы, бифуркации» (№ НШ-1768.2003.1, рук. Юдович В.И.), «Математическая теория конвекции жидкости (динамическая неустойчивость, асимптотические эффекты, переходы при разрушении косимметрии в фильтрационной конвекции)» (РФФИ 05-01-00587, рук. Куракин Л.Г., Цибулин В.Г.), «Влияние параметрических воздействий на возникновение поверхностных волн, конвекции, движение тел в жидкости» (РФФИ 07-0100099-а, рук. Зеньковская С.М.).

Публикации и личный вклад автора.

По теме диссертации опубликовано 17 печатных работ. Из них 6 составляют статьи в журналах и депонированные статьи [130]—[135], 9 статей опубликовано в трудах конференций [136]—[144]. Получено 2 свидетельства на программные комплексы [145, 146]. В статье [130] автору принадлежит численная реализация метода цепных дробей и проведение вычислений. В [131, 132] автору принадлежит вывод формул, составление комплекса программ, расчеты нейтральных кривых и построение графиков. В [133] автору принадлежит вывод трансцендентного уравнения, реализация метода цепных дробей, проведение расчетов для различных видов условий теп-. лообмена и сравнение численных и асимптотических значений при малых волновых числах. В [134] автору принадлежит вывод осредненных уравнений, исследование линейной задачи устойчивости, проведение вычислений. В [145, 146] автору принадлежит построение алгоритма вычислений, написание основной части программы расчетов и составление тестовых вариантов.

Апробация работы.

Результаты диссертации регулярно докладывались на семинарах кафедры вычислительной математики и математической физики факультета математики, механики и компьютерных наук Южного Федерального Университета, объединенном семинаре «Численное моделирование процессов тепло- и массообмена» (рук. В.И. Полежаев, Г.С. Глушко) и «Механика невесомости и гравитационно-чувствительные системы» (рук. В.И. Полежаев, В.В. Сазонов), Институт проблем механики РАН, г. Москва (2006, 2007 гг.), а также на XI Международном конгрессе по теоретической и прикладной механике, г. Варшава, Польша (2004 г.), Международной конференции «Математическая гидродинамика: модели и методы», г. Ростов-на-Дону (2004 г.), IX-XI Международных конференциях «Современные проблемы механики сплошной среды», г. Ростов-на-Дону (20052007 гг.), V Международном аэрокосмическом конгрессе, г. Москва (2006 г.), 18 Congress Français de Mechanique CFM-07, г. Гренобль, Франция (2007 г.), Международной конференции «Nonlinear Partial Differential Equations», г. Ялта, Украина (2007 г.).

Практическая значимость работы.

Результаты работы углубляют понимание гидродинамических явлений, происходящих при вибрационных воздействиях. Полученные качественные'и количественные результаты могут быть использованы при планировании и проведении наземных и космических физических экспериментов, а также в управлении конвекцией. Применяемые в диссертации подходы и методы могут быть использованы при решении в других постановках задач о параметрическом воздействии на гидродинамические системы.

Содержание и структура работы.

Текст диссертации состоит из введения, трех глав, заключения, трех приложений и списка использованной литературы. Общий объем диссертации 134 страницы, включая 52 рисунка. Список литературы содержит 150 наименований.

 
Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

Заключение

Приведем основные результаты, полученные в данной работе.

1. Исследовано влияние поступательных высокочастотных вибраций произвольного направления на возникновение волн на границе раздела двухслойной системы вязких несмешивающихся изотермических жидкостей. Получено выражение для критической амплитуды скорости вибрации. Исследовано влияние направления вибрации на устойчивость системы. При фиксированном волновом числе найдено направление, при котором вибрация не оказывает влияния на устойчивость.

2. Рассмотрена задача о возникновении волн на границе раздела двухслойной системы вязких несмешивающихся изотермических жидкостей при действии вертикальных поступательных полигармонических вибраций конечной частоты. Исследованы области параметрических резонансов в зависимости от формы колебаний и толщин слоев. Обнаружены области синхронного и субгармонического резонансов. Показано, что двухслойность приводит к чередованию критических типов резонансов в зависимости от частоты. Кроме того, при наличии двухчастотности может измениться порядок следования резонансных областей.

3. Выведены осредненные уравнения и краевые условия вибрационной конвекции в двухслойной системе вязких несмешивающихся слабо неизотермических жидкостей с использованием обобщенного приближения Обербека-Буссинеска. Приведены выражения для виброгенных силы и напряжений. Выписана задача, из которой находятся быстрые компоненты через медленные, что позволяет найти главные члены высокочастотной асимптотики. Исследована устойчивость равновесия, удовлетворяющего условию замкнутости в целом. Исследовано влияние направления вибрации на устойчивость системы. Получено, что вертикальная составляющая вибрации стабилизирует систему, а горизонтальная — дестабилизирует.

4. В задаче о вибрационной конвекции Марагони в двухслойной системе найдены главные члены длинноволновой асимптотики монотонной и колебательной неустойчивости. Получено, что горизонтальная составляющая вибрации входит в главные члены асимптотики монотонной неустойчивости. В случае колебательной неустойчивости главные члены не зависят от гравитации, поверхностного натяжения и вибрации.

5. Исследована задача о влиянии термокапиллярного эффекта на возникновение волн на поверхности раздела двухслойной системы вязких однородных несжимаемых несмешивающихся жидкостей при действии вертикальной вибрации конечной частоты. В явном виде построено дисперсионное соотношение для показателей Флоке. Показано, что наличие термокапиллярного эффекта приводит к появлению областей квазипериодической неустойчивости, которые существуют наряду с синхронными и субгармоническими. Исследовано поведение этих областей в зависимости от закона и параметров вибраций.

 
Список источников диссертации и автореферата по механике, кандидата физико-математических наук, Новосядлый, Василий Александрович, Ростов-на-Дону

1. М. Faraday On a peculiar class of acoustical figures and on certain forms assumed by groups of particles upon vibrating elastic surfaces // Philos.Trans. R. Soc. London. 1831. V. 121. P. 299

2. M. Faraday On the forms and states assumed by fluids in contact with vibrating elastic surfaces // Philos.Trans. R. Soc. London. 1831. V. 121. P 319-340

3. Rayleigh, Lord On maintainted vibrations // Philos. Mag., 1883. V. 15. Pp. 229-235. Reprinted in Scientific Papers. V. 2. P. 188-193. Cambridge: Univ. Press, 1900.

4. Rayleigh; Lord On the crispations of fluid resting upon a vibrating support // Philos. Mag., 1883. V. 16. P. 50-58. Reprinted in Scientific Papers. V. 2. P. 212-219. Cambridge: Univ. Press, 1900.

5. Rayleigh, Lord Deep water waves, progresssive or stationary, to the third order of approximation // Proc. R. Soc. London Ser. A.,1915. V. 91. PP. 345-353. Reprinted in Scientific Papers. V. 6. P. 306-314. Cambridge: Univ. Press, 1920.

6. Капица П. Л. Динамическая устойчивость маятника при колеблющейся точке подвеса // ЖЭТФ. 1951. Т. 21. Вып. 5. С. 588-597

7. Капица П. Л. Маятник с вибрирующим подвесом // Успехи физ. наук. 1954. Т. 44. Вып. 1. С. 7-20.

8. Wolf G.H. Dynamic stabilization of the Rayleig-Taylor instability and the corresponding dynamic equilibrium // Z. Physik. 1961. V. 227. P. 291-300.

9. Wolf G.H. Dynamic stabilization of the interchange instability of a liquid-gas interface // Phys. Rev. Lett. 1970. V. 24. №9. P. 444-446.

10. Гершуни Г. 3., Жуховицкий E. M. О параметрическом возбуждении конвективной неустойчивости // ПММ. 1963. 27. №5. С. 779-783.

11. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. О конвективной неустойчивости теплового скин-слоя // ПМТФ. 1965. № 6. С. 55.

12. Зеньковская С.М., Симоненко И. Б. О влиянии вибрации высокой частоты на возникновение конвекции // Изв. АН СССР. МЖГ. 1966. №5. С. 51-55.

13. Челомей В.Н. О возможности повышения устойчивости упругих систем при помощи вибрации // ДАН СССР, 1954. Т. 110. №3. С. 345347.

14. Зеньковская С. М. Исследование конвекции в слое жидкости при наличии вибрационных сил // Изв. АН СССР. МЖГ. 1968. №1. С. 5558.

15. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Конвективная устойчивость несжимаемой жидкости. М., Наука, 1972. 392 с.

16. Зеньковская С. М. О влиянии вибрации на возникновение конвекции// Деп. ВИНИТИ, № 2437-78. 30 с. 1978 (РЖ "Механика", 1978, № 11).

17. Зеньковская С.М. О влиянии вибрации на конвективную неустойчивость // В сб. Численные методы динамики вязкой жидкости. Новосибирск. ИТПМ СО АН СССР. 1979. (Тр. VII Всесоюзного семинара по числ. методам вязкой жидкости) С. 116-122.

18. Гершуни Г. 3., Жуховицкий Е. М. О свободной тепловой конвекции в вибрационном поле в условиях невесомости // ДАН СССР, 1979, т. 249, № 3, с. 580-584.

19. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М. Вибрационная тепловая конвекция в невесомости // В сб. Гидромеханика и процессы переноса в невесомости. Свердловск, 1983. С. 86-105.

20. Гершуни Г.З., Жуховицкий Е.М., Непомнящий A.A. Конвективная устойчивость в вертикальном слое. М., Наука. 1985.

21. Герценштейн С.Я., Рахманов А.И. Конвекция в»плоском слое жидкости, вращающемся вокруг горизонтальной оси // Докл. АН СССР, 1983. Т. 269. т. С. 561-564.

22. Заварыкин М.П., Зорин С.В., Путин Г.Ф. Экспериментальное исследование вибрационной конвекции // Докл. АН СССР, 1985. Т. 281. Ш. С. 815-816.

23. Симоненко И. Б. Обоснование метода осреднения для задачи конвекции // Изд-во РГУ. Мат. анал. и его прил. 1969. С. 185-189.

24. Симоненко И. Б. Обоснование метода осреднения для задачи конвекции в поле быстро осциллирующих сил и для других параболических уравнений // Мат. сб., 1972. Т. 87. Вып. 129. № 2. С. 236-253.

25. Симоненко И. Б. Метод усреднения в теории нелинейных уравнений параболического типа с приложением к задачам гидродинамической устойчивости // Изд-во РГУ, 1989, 111 с.

26. Левенштам В. Б. Обоснование метода усреднения для задачи конвекции при высокочастотных вибрациях // Сиб. мат. ж. 1993. № 2. С. 92-109.

27. Левенштам В.Б. Обоснование метода усреднения для задачи о тепловой вибрационной конвекции // ДАН. 1996. Т. 349. № 5. С. 621623.

28. Левенштам В. Б. Асимптотическое интегрирование задачи о вибрационной конвекции // Диф. урав. 1998. Т. 34. № 4. С. 523-532.

29. Левенштам В. Б. Асимптотическое разложение задачи о вибрационной конвекции // Журн. выч. мат. и мат. физ. 2000. Т. 40, № 9. С. 1416-1424.

30. Левенштам В. Б. Асимптотическое интегрирование системы Навье-Стокса с быстро осциллирующей массовой силой. // Диф. уравн. 2001. Т. 4. Вып. 1. С. 696-705

31. Юдович В.И. Вибродинамика систем со связями // Докл. РАН.,1997, Т. 354, № 5, с. 622-624.

32. Юдович В. И. Вибродинамика и виброгеометрия механических систем со связями. Часть I. // Деп. в ВИНИТИ № 1407-В2003, 54 с.

33. Юдович В. И. Вибродинамика и виброгеометрия механических систем со связями. Часть И. // Деп. в ВИНИТИ № 1408-В2003, 62 с.

34. Юдович В.И. Вибродинамика и виброгеометрия механических систем со связям. Часть III. // Деп. в ВИНИТИ № 215-В2007, 35 с.

35. Юдович ВЖ. Вибродинамика и виброгеометрия механических систем со связями // Усп. механики. 2006. Т. 4. № 3. С. 26-158.

36. Зенъковская С.М. О влиянии вибрации на возникновение конвекции в бинарной смеси. // М. 1981. Деп. в ВИНИТИ 10.04.81. №1570-81. 28 с.

37. Зенъковская С.М. О возникновении конвекции многокомпонентной жидкости при действии высокочастотной вибрации // Изв. АН ФАО,1998, т. 34, № 1, с. 68-77.

38. Зенъковская С.М., Шлёйкелъ А.Л. Действие высокочастотной вибрации на возникновение конвекции в горизонтальном слое бинарной смеси // В сб. Термо и концентрационно-капиллярные эффекты в сложных системах. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. С. 178-191.

39. Зенъковская С.М. Действие высокочастотной вибрации на фильтрационную конвекцию // ПМТФ, 1992, № 5 (195), с. 83-88.

40. Зенъковская С. М., Роговенко Т. Н. Фильтрационная конвекция в высокочастотном вибрационном поле // ПМТФ, 1999, т. 40, № 3, с. 22-30.

41. Маркман Г. С., Юдович В. И. Численное исследование возникновения конвекции в слое жидкости под действием периодических по времени внешних сил // Изв. АН СССР, МЖГ. 1972. №3. С. 81-86.

42. Маркман Г. С., Юдович В. И. Возникновение конвекционных режимов двойного периода в периодическом поле внешних сил // ПМТФ. 1972. №6. С. 65-70.

43. Маркман Г. С. О возникновении конвекции периодической по времени // Изв. АН СССР, МЖГ, 1971. №4. С. 110-119.

44. Маркман Г. С. О конвективной неустойчивости слоя жидкости в модулированном поле внешних сил // ПММ, 1972. Т. 36. №1. С. 152-157.

45. Беленькая Л. X., Юдович В. И. Численное исследование возникновения конвекции в бинарной смеси под действием периодических по времени внешних сил. // М. 1981. Деп. в ВИНИТИ 10.04.81. №157081. 74 с.

46. Volmar U.E., Muller H. W. Quasiperiodic patterns in Rayleigh-Benard convection under gravity modulation // Phys. Rev. E., 1997. Vol. 56. №5. PP. 5423-5430.

47. Or A.C. Onset condition of modulated Rayleigh-Benard convection at low frequency // Phys. Rev. E. 2001. V. 64. P. 050201 (R).

48. Смородин Б. Л. Тепловая конвекция несжимаемой жидкости в переменных и неоднородных полях // Автореферат на соискание ученой степени доктора физ.-мат. наук. Пермь. 2002. 01.02.05 — механика жидкости, газа и плазмы.

49. Гершуни Г.З., Келлер И.О., Смородин Б.Л. О вибрационно-конвективной неустойчивости в невесомости; конечные частоты // Докл. РАН. 1996. Т. 348. № 2. С. 194-196.

50. Мызникова Б. И., Смородин Б. Л. О конвективной устойчивости горизонтального слоя двухкомпонентной смеси в модулированном поле внешних сил // Изв. РАН. Механика жидкости и газа. 2001. №1. С. 3-13.

51. Смородин Б. Л. Конвекция бинарной смеси при наличии эффекта термодиффузии и переменного градиента температуры // Прикл. матем. и техн. физ. 2002. №2. С. 54-61.

52. Зюзгин A.B., Путин Г.Ф. Устойчивость подъемно-опускного течения в вертикальном слое жидкости под воздействием высокочастотных вибраций // В сб. Вибрационные эффекты в гидродинамике. 1998, Пермь. С. 130-141.

53. Заварыкин М.П., Зорин C.B., Путин Г.Ф. Экспериментальное исследование режимов тепловой конвекции в вертикальном слое жидкости, совершающем вертикальные вибрации // В сб. Вибрационные эффекты в гидродинамике. 2001, Пермь. С. 70-78.

54. Заварыкин М.П., Зюзгин A.B., Путин Г.Ф. Экспериментальное исследование параметрической тепловой конвекции // В сб. Вибрационные эффекты в гидродинамике. 2001, Пермь. С. 79-96.

55. Бабушкин И.А., Иванов А.И-., Путин Г.Ф., Тронин Д.Б. Экспериментальное исследование влияния качаний на конвективные течения в цилиндрической полости // В сб. Вибрационные эффекты в гидродинамике. 2001, Пермь. С. 7-16.

56. Иванова A.A., Козлов В.Г. Экспериментальное изучение влияния вертикальных вибраций на конвекцию в горизонтальном цилиндрическом слое // Изв. АН СССР, МЖГ, 1985. №6. С. 180-183.

57. Полежаев В. И. Термокапиллярная конвекция жидкости в цилиндрическом сосуде при заданном подводе тепла. Некоторые применения метода сеток в газовой динамике // М. Изд. МГУ, 1972, С. 175-213.

58. Полежаев В. И., Белло М. С., ВерезубН. А. и др. Конвективные процессы в невесомости. М.: Наука. 1991. 240с.

59. Полежаев В. И. Режимы микроускорений, гравитационная чувствительность и методы анализа технологических экспериментов в условиях невесомости // Изв. РАН МЖГ 1994. №5, С. 22-36.

60. Сазонов В.В., Ермаков М.К., Иванов А.И. Измерения микроускорений на борту орбитальной станции МИР во время эксперимента АЛИС // Космические исследования. 1998. Т. 36. №2, С. 156-166.

61. Полежаев В. И., Соболева Е. Б. Тепловая гравитационная и вибрационная конвекция околокритического газа в условиях микрогравитации // Изв. АН, МЖГ. 2000. №3. С. 70-80.

62. Полежаев В. И., Яремчук В. П. Численное моделирование двумерной нестационарной конвекции в горизонтальном слое конечной длины, подогреваемом снизу //Изв. АН. МЖГ. 2001. №4. С. 34-45.

63. Зюзгин A.B., Путин Г.Ф., Иванов А.И., Полежаев В.И. О конвекции околокритической жидкости в условиях реальной невесомости на орбитальной станции "Мир"// В сб. Вибрационные эффекты в гидродинамике. 2001, Пермь. С. 110-130.

64. Никитин С.А., Полежаев В.И., Сазонов В.В. Исследование квазистатической компотенты микроускорения на борту ИСЗ с помощью датчика конвекции // В сб. статей к 90-летию со дня рожд. А.Ю. Ишлинского. Под ред. Д.М. Климова. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003.

65. Никитин С.А., Полежаев В.И., Сазонов В.В. Влияние квазистатистических микроускорений на процессы тепломассопереноса в замкнутом объеме жидкости на борту ИСЗ // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2004. №4

66. Андреев В.К., Захватаев В.Е., Рябицкий Е.А. Термокапиллярная неустойчивость. Новосибирск: Наука. 2000. 280 с.

67. Любимов Д.В., Черепанов А. А. О возникновении стационарного рельефа на поверхности раздела жидкостей в вибрационном поле // Мех. жидк. и газа. 1986. №6. С. 8-13.

68. Любимов Д.В., Любимова Т.П., Черепанов А.А. Динамика поверхностей раздела в вибрационных полях. М., Физматлит, 2003. 215 стр.

69. Меледин В.Г., Павлов В.А., Цвелодуб О.Ю., Яворский Н.И. Поверхностные волны в жидком диэлектрике. Новосибирск, СО РАН, 2005. 105 стр.

70. Benjamin Т.В., Ursell F. The stability of the plane free surface of a liquid in vertical periodic motion // Proc. R. Soc. Lond. A., 1954. V. 255. PP. 505-515.

71. Врискман В.А. Параметрическая стабилизация границы раздела жидкостей // Докл. АН СССР, 1976. Т. 226 №5. С. 1041-1044. ,

72. Черепанов А.А. Влияние переменных внешних полей на неустойчивость Рэлея-Тейлора // Препринт. Некоторые задачи устойчивости поверхностей жидкости. Уральск. Научный Центр АН СССР, Свердловск, 1984. С. 29-53.

73. Beyer JFriedrich R. Faraday instability: Linear analysis for viscous fluids // Phys. Rev. E., 1995. V. 51. №2. PP. 1162-1168.

74. Besson Т., Edwards W.S., Tuckerman L.S. Two-frequency parametric excitation of surface waves // Phys. Rev. E., 1996. V. 54. №1. PP. 507513.

75. Зенъковская C.M., Юдович В. И. Метод интегро-дифференциальных уравнений и цепных дробей в задаче о параметрическом возбуждении волн // Журн. выч. матем. и матем. физ. 2004. № 4. С. 370-384.

76. Miles J., Henderson D. Parametrically forced surface waves // Annu. Rev. Fluid Mech. 1990. V. 22. P. 143-165.

77. Briskman V.A. Vibration-thermocapillary convection and stability // Proc. of the First Int. Symp. on Hydromechanics and Heat/Mass transfer in Microgravity, Perm-Moscow, 1991. Gordon and Breach Scient. Publ. 1992. PP. 111-119.

78. Любимов Д. В. Нелинейные проблемы теории быстроосциллирую-щих конвективных течений // Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук. Пермь. 1994. 415 с.

79. Lyubimov D. V. Thermovibrational flows in a fluid with a free surface 11 Microgravity Quarterly. 1994. V. 4. №1. P. 117-122.

80. Гершуни Г.З., Любимов Д.В., Любимова Т.П., Ру Б. Конвективные течения в цилиндрической жидкой зоне в высокочастотном вибрационном поле // Изв. АН СССР. МЖГ. 1994. №5. С. 53-61.

81. Lyubimov D. V. Convective flows under the influence of high-frequency vibrations // Eur. J. Mech., B/Fluids, V. 14, № 4, p. 439-458 (1995).

82. Зеньковская C.M., Шлейкелъ А.Л. Конвекция в горизонтальном слое жидкости при действии высокочастотной вибрации // Изв. вузов Сев-Кавк. per., Естеств. науки. 2001. Спецвыпуск, Математическое моделирование. С. 78-81.

83. Зеньковская С.М., Шлейкелъ А.Л. Влияние высокочастотной вибрации на возникновение конвекции Марангони в горизонтальном слое жидкости // Прикл. матем. и мех. 2002. Т. 66, Вып. 4. С. 573-583.

84. Зеньковская С.М., Шлейкелъ А.Л. Влияние высокочастотной вибрации на возникновение конвекции в горизонтальном слое жидкости // Доклады РАН, 2002, т.382, № 5, с. 632-636.

85. Бирих Р.В., Брискман В.А., Веларде М.Г., Черепанов А.А. Влияние термокапиллярного эффекта на параметрическое возбуждение волн // ДАН, 1997. Т. 352. №5. С. 616-619.

86. Or А.С., Kelly R.E. The effects of thermal modulation upon the onset of Marangoni-Benard convection // J. Fluid Mech. 2002. V. 456. P. 161182.

87. Sterling С. V., Scriven L. E. Interfacial turbulence: hydrodynamics insta bility and Marangoni effect // AIChE Journ. 1959. Vol. 5, N 4. P. 514520.

88. Zeren R. W., Reynolds W.C. Thermal instabilities in two-fluid horizontal layers // J. Fluid Mech. 1972. 53. 305-327.

89. Симановский И. Б. Конечно-амплитудная конвекция в двухслойной системе // Изв. АН СССР. Мех. жид. и газа. 1979. №5. С. 3-9.

90. Непомнящий А.А., Симановский И.Б. Термокапиллярная конвекция в двухслойной системе // ДАН СССР. 1983. Т. 272. №4. С. 825827.

91. Непомнящий А.А., Симановский И.Б. Термокапиллярная конвекция в двухслойной системе // Изв. АН СССР. Мех. жид. и газа. 1983. Ш. с 158-163.

92. Непомнящий А.А., Симановский И.Б. О колебательной конвективной неустойчивости равновесия двухслойных систем при наличии термокапиллярного эффекта // Прикл. матем. и техн. физ. 1985. Ш. С. 52-65.

93. Непомнящий А.А. О длинноволновой конвективной неустойчивости в горизонтальных слоях с деформируемой границей //В кн: Конвективные течения. Пермь. 1983. С. 25-31.

94. Непомнящий А.А., Симановский И.Б. Термокапиллярная конвекция в двухслойных системах при наличии поверхностно-активноговещества на границе раздела // Изв. АН СССР. Мех. жидк. и газа. №2. 1986. С. 3-8.

95. Nepomnyashchy A., Simanovskii I., Braverman L. Convective oscillations in multilayer systems under the combined action of buoyancy and thermocapillary effect // Phys. of fluids. 2005. V. 17. P. 022103-1022103-9.

96. Гершуни Г.З., Жуховицкий E.M. О неустойчивости равновесия системы горизонтальных слоев несмешивающихся жидкостей при нагреве сверху // Изв. АН СССР. МЖГ. 1980. №6. С. 28-34.

97. Бирих Р.В., Рудаков Р.Н. Механизм термокапиллярных колебаний в системе с границей раздела. Вибрационные эффекты в гидродинамике // Перм. ун-т., Пермь, 1998. с. 38-48

98. Бирих Р.В., Брискман В.А., Веларде М.Г., Рудаков Р.Н. Термокапиллярная неустойчивость поверхностей раздела реальных жидкостей. Конвекция в системах несмешивающихся жидкостей. Сб. науч. тр. УрО РАН, 1999. с. 25-44

99. Бирих Р.В., Бушуева C.B. Влияние деформаций границы раздела на термокапиллярную неустойчивость в двухслойной системе. Конвекция в системах несмешивающихся жидкостей. Сб. науч. тр. УрО РАН, 1999. с. 44-56

100. Бирих Р.В., Бушуева C.B., Рудаков Р.Н. Марангони-неустойчивость бинарной смеси в системе с плоской границей раздела. Термо- и концентрационно-капиллярные эффекты в сложных системах. Сб. науч. тр. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. с. 12-20

101. Андреев В.К., Бекежанова В.Б. Конвективная неустойчивость системы горизонтальных слоев слабосжимаемых жидкостей // Прикл. матем. и техн. физ. 2007. Т. 48. №4. С. 15-22.

102. Johnson D., Narayanan R. Geometric effects on convective coupling and interfacial structures in bilayer convection // Phys. Rev. E. 1997. V. 56. PP. 5462-5472.

103. Liu Q.S. Roux B., Velarde M.G. Thermocapillary convection in two-layer systems // Int. J. Heat Mass Transfer. 1998. 41 (11). PP. 14991511.

104. Degen M.M., Colovas P. W., Andereck C.D. Time-dependent patterns in the two-layer Rayleigh-Benard system // Phys. Rev. E. 1998. V. 57. PP. 6647-6659.

105. Juel A., Burgess J.M., McCormick W.D., Swift J.B., Swinney H. Surface tension-driven convection patterns in two liquid layers // Physica D: Nonlinear Phenomena. 2000. V. 143. Iss. 1-4. PP. 169-186

106. Renardy Y.Y., Stoltz C.G. Time-dependent pattern formation for convection in two layers of immiscible liquids // International Journal of Multiphase Flow. 2000. V. 26, Iss. 11. PP. 1875-1889

107. Zhou B., Liu Q., Tang Z. Raleigh-Marangoni-Benard instability in two-layer fluid system // Acta Mechanica Sinica. 2004. V. 20. No. 4. P. 366-373.

108. Liu Q., Zhou B., Liu R., Nguyen-Thi H., Billia B. Oscillatory instabilities of two-layer Rayleigh-Marangoni-Benard convection // Acta Astraunatica. 2006. Vol. 59. PP. 40-45

109. Nivedita R.G., Haj-Hariri H., Ali B. Double-layer thermocapillary convection in a differentially heated cavity // Ann. N.Y. Acad. Sci. 1077: 395-414' (2006) doi: 10.1196/annals.l362.006i130

110. Nepomnyashchy A., Simanovskii I., Legros J.C. Interfacial Convection in Multilayer Systems. 2006 Springer Science+Business Media, LLC. 320 P. ISBN-10: 0-387-22194-8. ISBN-13: 978-0387-22194-6.

111. Секерж-Зенъкович С.Я., Калиниченко В,А. О возбуждении внутренних волн в двуслойной жидкости вертикальными колебаниями. // ДАН СССР. 1979. Т. 249, № 4. С. 797-799.

112. Секерж-Зенъкович С. Я. Параметрическое возбуждение волн конечной амплитуды на границе раздела двух жидкостей разных плотностей // ДАН СССР. 1983. Т. 272, № 5. С. 1083-1084.

113. Kumar, К., Tuckerman, L. S. Parametric instability of the interface between two fluids //J. Fluid Mech. 1994. V. 279. P. 49-68.

114. Кравцов В.А., Секерж-Зенъкович С.Я. О свободных колебаниях маловязкой жидкости в сосуде, частично заполненном пористой средой // Журн. выч. матем. и матем. физ. 2004. Т. 44. №4. С. 746-751.

115. Замараев А.В., Любимов Д.В., Черепанов А.А. О равновесных формах поверхности раздела жидкостей в вибрационном поле // Гидродинамика и процессы тепломассообмена. Свердловск: УрО АН СССР. 1989. С. 23-28.

116. Лобов Н.И., Любимов Д.В., Любимова Т.П. Поведение двухслойной системы жидкость-взвесь в вибрационном поле // Изв. РАН. Мех. жидк. и газа. 1999. №6. С. 55-62.

117. Врискман В.А. Влияние вибраций на устойчивость свободной поверхности или поверхности раздела жидкости //В Сб. Конвекция в системах несмешивающихся жидкостей УрО РАН. 1999. С. 3-25

118. Бирих Р.В., Бушуева C.B. Термокапиллярная неустойчивость в двухслойной системе с деформируемой границей раздела // Изв. РАН. МЖГ. 2001. №3. С. 13-20.

119. Иванова A.A. Неустойчивость границы раздела "песок-жидкость "при вертикальных вибрациях // В сб. Вибрационные эффекты в гидродинамике. 2001, Пермь. С. 131-143.

120. Бирих Р.В., Рудаков Р.Н. Неустойчивость равновесия неизотермической бинарной смеси в двухслойной системе с деформируемой границей при наличии поперечных вибраций // В сб. Конвективные течения. 2003. Пермь. С. 75-93.

121. Бирих Р.В., Брискман В.А., Черепанов A.A. Влияние термокапиллярности на резонансные волны, возбуждаемые касательными к поверхности раздела вибрациями // В сб. Конвективные течения. 2003. Пермь. С. 94-106.

122. Волъперт В.А., Гапоненко Ю.А., Зеньковская С.М., Пойман С.М. Влияние высокочастотной вибрации на конвекцию в смешивающихся жидкостях // Прикл. матем. и техн. физ. 2006. Т. 47. №2. С. 49-59.

123. Любимов Д.В., Хеннер М.В., Шоц М.М. Об устойчивости поверхности раздела жидкостей при касательных вибрациях // Мех. жидк. и газа. 1998. №3. С. 25-31.

124. Lapuerta V., Mancebo F.J., Vega J.M. Control of Rayleigh-Taylor instability by vertical vibration in large aspect ratio containers // Phys. rev. E. 2001. V. 64. P. 016318-1-016318-17. DOI: 10.1103/PhysRevE.64.016318.

125. Merkt F.S., Deegan R.D., Goldman D.I., Rericha E.C., Swinney H.L. Persistent Holes in a Fluid // Phys. Rev. Let. 2004. V. 92. №18. P. 184501-1-184501-4. DOI: 10.1103/PhysRevLett.92.184501.

126. Yudovich V.l., Zenkovskaya S.M., Novossiadliy V.A., Shleykel A.b. Parametric excitation of waves on a free boundary of a horizontal fluid layer // Comptes Rendus Mecanique. V. 332. 2004. P. 257-262.

127. Зенъковская С.M., Новосядлый В.А. Параметрическое возбуждение волн на границе раздела двухслойной системы // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2004. Спецвыпуск. Нелинейные проблемы механики сплошных сред. С. 117-123.

128. Зенъковская С.М., Новосядлый В.А. Параметрическое возбуждение волн на границе раздела двуслойной системы. Деп. в ВИНИТИ, 26.10.2005 г., № 1366-В2005.

129. Зенъковская С.М., Новосядлый В.А., Шлейкелъ А.Л. Влияние вертикальных колебаний на возникновение термокапиллярной конвекции в горизонтальном слое жидкости // Прикл. матем. и мех. Т. 71. Вып. 2. 2007. С. 277-288.

130. Зенъковская С.М., Новосядлый В.А. Влияние высокочастотной вибрации произвольного направления на возникновение конвекции в двухслойной системе с деформируемой границей раздела // Деп. в ВИНИТИ 29.06.2007 № 683-В 2007, 60 с.

131. Новосядлый В. А. Действие вертикальных поступательных вибраций конечной частоты на возникновение термокапиллярной конвекции в двухслойной системе // Деп. в ВИНИТИ 15.11.2007 г, № 1065-В 2007.

132. Yudovich V.I., Novosiadliy V.A., Shleykel A.L., Zenkovskaya S.M. Parametric excitation of waves of a free boundary of a horizontal fluid layer // Труды международной конференции. Saint Petersburg, Patterns and Waves, 2003. 11 c.

133. Новосядлый В.А. Параметрическое возбуждение внутренних волн двухчастотными колебаниями // Труды X Междунар. конф. "Современные проблемы механики сплошной среды". Ростов-на-Дону. 2006. Т. 2. 2007. С. 242-246.

134. Zenkovskaya S.M., Novosiadliy V.A. Influence of vibration on the onset of convection in two-layer system // Proceedings of 18 Congres Francais de Mecanique, Grenoble, 27-31 August 2007. P. 1-6.

135. Зенъковская C.M., Новосядлый В.А. Длинноволновые асимптотики в задаче о конвекции Марангони в двухслойной системе. Труды XI

136. Междунар. конф. "Современные проблемы механики сплошной среды", Ростов-на-Дону. 2007. Т.1. С. 128-132.

137. Новосядлый В. А. Влияние термокапиллярного эффекта на возбуждение волн. Труды XI Междунар. конф. "Современные проблемы механики сплошной среды", Ростов-на-Дону. 2007. Т. 1. С. 195-199.

138. Моисеев H.H. Асимптотические методы нелинейной механики // М.: Наука, 1981. 400 с.

139. М.Д. О. Стретт. Функции Ляме, Матье и родственные им в физике и технике. Онти. 1935.

140. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: в 10 т. Т. 6. Гидродинамика. 4-е изд. стереотипное. М., 1988.

141. Пухначев В. В. Движение вязкой жидкости со свободными границами: Учеб. пособие // Новосиб. ун-т. Новосибирск, 1989. 96 с.