Một số kết quả nghiên cứu về hiện tượng khuếch đại cường độ của sóng xung kích trong hỗn hợp chất lỏng hai pha

Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu hiện tượng khuếch đại cường độ sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy trong giai đoạn đầu, khi sóng xung kích tác động vào hỗn hợp thì đều xuất hiện hiện tượng khuếch đại cường độ của sóng. Sự ảnh hưởng của cường độ ban đầu của sóng, của nồng độ thể tích của pha hơi và của tính chất vật lý nhiệt của hỗn hợp lên các quá trình này sẽ được đề cập tới trong bài báo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một số kết quả nghiên cứu về hiện tượng khuếch đại cường độ của sóng xung kích trong hỗn hợp chất lỏng hai pha Nguyễn Văn Tuấn và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 88(12): 157 - 161 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ HIỆN TƯỢNG KHUẾCH ĐẠI CƯỜNG ĐỘ CỦA SÓNG XUNG KÍCH TRONG HỖN HỢP CHẤT LỎNG HAI PHA Nguyễn Văn Tuấn1,*, Nguyễn Thị Bích Ngọc1, Trần Quốc Nghị2 1 Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp - ĐH Thái nguyên 2 T rường THPT Chợ Đồn, Bắc Kạn TÓM TẮT Bài báo trình bày một số kết quả nghiên cứu hiện tượng khuếch đại cường độ sóng xung kích trong một số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi. Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy trong giai đoạn đầu, khi sóng xung kích tác động vào hỗn hợp thì đều xuất hiện hiện tượng khuếch đại cường độ của sóng. Sự ảnh hưởng của cường độ ban đầu của sóng, của nồng độ thể tích của pha hơi và của tính chất vật lý nhiệt của hỗn hợp lên các quá trình này sẽ được đề cập tới trong bài báo. Từ khóa: Hiện tượng khuếch đại, sóng xung kích, trao đổi nhiệt và khối lượng, pha hơi. MỞ ĐẦU* Hỗn hợp chất lỏng hai pha ở đây là chất lỏng chứa bọt hơi, là dạng môi trường có tính chất đặc biệt. Trong hỗn hợp do có sự kết hợp của các tính chất phi tuyến, tính phân tán và hao tán năng lượng, nên biểu đồ mô tả các sóng có nhiều dạng. Đặc biệt, khi thay đổi các điều kiện thủy động lực, sẽ dẫn đến sự thay đổi mạnh các cấu trúc về sóng và các quá trình tương tác giũa các pha. Đã có nhiều công trình khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm nghiên cứu các quá trình lan truyền của sóng [1, 3, 4], các quá trình tương tác sóng [5, 6] hay các quá trình tương tác giữa các pha [7]. Trong các quá trình trên, các bọt trong hỗn hợp sẽ bị co nén, và chính sự co nén của bọt trong hỗn hợp sẽ dẫn đến hiện tượng khuếch đại cường độ sóng áp suất trong giai đoạn ban đầu. Đây là một hiện tượng quan trọng trong các quá trình sóng và tương tác giữa các pha và là một vấn đề đã và đang được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm nghiên cứu. Trong báo cáo này, sẽ trình bày một số kết quả nghiên cứu về quá trình tăng áp suất đột ngột trong giai đoàn ban đầu khi có sóng xung kích tác đông và lan truyền lan truyền trong hỗn hợp. Đồng thời sự ảnh hưởng của điều kiện đầu, điều kiện biên và các tham số vật lý nhiệt của hỗn hợp lên quá trình tăng áp suất đột ngột trong giai đoàn ban đầu sẽ được đề cập tới trong báo cáo này. Kết quả nghiên cứu mang lại đóng góp mới cho lĩnh vực động lực học dòng chảy nhiều pha và có thể ứng dụng trong các ngành công nghiệp năng lượng, chế biến và vận chuyển dầu khí… MÔ HÌNH TOÁN HỌC Môi trường hai pha được sử dụng là hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi được chứa trong ống xung kích nằm ngang. Giả thiết rằng, bọt hơi hình cầu được phân bố đều trong hỗn hợp, không có có sự phân chia bọt và nồng độ thể tích pha hơi không quá lớn [4] (hình 1). Giả sử tồn tại sóng áp suất tác động và lan truyền trong hỗn hợp, khi đó các bọt hơi sẽ bị co nén, dẫn đến hiện tượng tăng đột ngột cường độ sóng áp suất trong giai đoạn ban đầu. p Hình 1 Trên cơ sở các phương trình bảo toàn khối lượng, số lượng bọt và xung lượng [2]: * Tel: 0912526637 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 157 http://www.lrc-tnu.edu.vn Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ  1  1 v    4R 2 nj ; t  0  (1)  2  2 v   4R 2 nj ; t  0  (2) n n v   0; t  0  (3) v 1 p   0; t  0  88(12): 157 - 161 1.7 1.65 1.6 P/ Po Nguyễn Văn Tuấn và Đtg 1.55 1.5 1.45 (4) 1.4 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Các phương trình trên kết hợp với các phương trình thay đổi khối lượng của từng bọt, phương trình dòng nhiệt trong pha lỏng, phương trình dòng nhiệt trong pha hơi, phương trình tương thích biến dạng Rayleigh - Plesset biểu diễn áp suất của các pha và bán kính bọt, lập thành một hệ phương trình thủy nhiệt động lực học kín mô tả quá trình lan truyền các sóng xung kích, các quá trình tương tác pha, các quá trình trao đổi nhiệt và khối lượng giữa các pha trong hỗn hợp lỏng – hơi [2]. Trong hệ phương trình trên, các chỉ số dưới i = 1, 2, 0 là các tham số của chất lỏng, hơi và trạng thái cân bằng ban đầu; i, pi, i, 0 là phần thể tích, áp suất, mật độ trung bình và mật độ thực của pha thứ i; v là vận tốc hỗn hợp; n là số lượng bọt trong một đơn vị thể tích; R là bán kính bọt; j là tỷ lệ của sự chuyển pha trong một đơn vị diện tích bề mặt giữa các pha;  là hệ số sức căng bề mặt;  là toạ độ Lagrange và t là thời gian. Giải số hệ phương trình thủy – nhiệt động lực học trên với các điều kiện đầu và điều kiện biên sau: t = 0: p1 = p0; p2 = p0 + 2/R; R = R0; T1 = T2 = T0; v = 0;  = 0, ξ = 0 : p = pe; ξ =  : p = p0, trong đó: Ti là nhiệt độ pha thứ i; pe là cường độ sóng ban đầu. CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Hệ phương trình trên đã được giải bằng phương pháp số, dựa trên phương pháp Ơle biến đổi và phương pháp khử đuổi qua thuật toán Thomas. Chương trình tính này đã được kiểm định [4] và được sử dụng để nghiên cứu hiện tượng khuếch đại của sóng áp suất khi nó t ...