Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634620)
Контекстум
.

Нелинейные осцилляции заряженной капли : Монография (290,00 руб.)

0   0
Первый авторГригорьев
ИздательствоЯрГУ
Страниц280
ID206830
АннотацияВ монографии с единой точки зрения в рамках аналитического асимптотического моделирования рассмотрены нелинейные осцилляции заряженной капли идеальной несжимаемой жидкости как в вакууме, так и при наличии внешней несжимаемой диэлектрической среды ламинарно обтекающего каплю потока и осложняющего влияния внешних силовых полей и вязкости жидкости. Книга издана при финансовой поддержке грантов Президента РФ № MK-2946-2004-1 и МК-2209-2006-1. а также грантов РФФИ № 03-01-00760 и №06-01-00066-3.
ISBN5-8397-0464-4
УДК532.59:534.1
ББКВ 253.322я73
Григорьев, А.И. Нелинейные осцилляции заряженной капли : Монография : Монография / А.И. Григорьев .— Ярославль : ЯрГУ, 2006 .— 280 с. — ISBN 5-8397-0464-4 .— URL: https://rucont.ru/efd/206830 (дата обращения: 20.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

А.Н. Жаров Нелинейные осцилляции заряженной капли Ярославль 2006 1 УДК 532.59:534.1 ББК В 253.322я73 Г 83 Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета в качестве научного издания. <...> План 2006 года Рецензенты: канд. физ.-мат. наук, А.С. Голованов; кафедра прикладной математики и вычислительной техники Ярославского государственного технического университета Г 83 Григорьев, А.И. Нелинейные осцилляции заряженной капли : моногр. <...> ISBN 5-8397-0464-4 В монографии с единой точки зрения в рамках аналитического асимптотического моделирования рассмотрены нелинейные осцилляции заряженной капли идеальной несжимаемой жидкости как в вакууме, так и при наличии внешней несжимаемой диэлектрической среды ламинарно обтекающего каплю потока и осложняющего влияния внешних силовых полей и вязкости жидкости. <...> Введение Совсем недавно, два с половиной десятилетия назад (первая теоретическая статья [1] появилась 1983 году), начались регулярные исследования нелинейных осцилляций капель [1 – 33]. <...> Следует отметить, что экспериментальные и теоретические исследования устойчивости и динамики колебаний заряженных капель жидкости в линейном по амплитуде осцилляций приближении проводятся уже почти полтора столетия. <...> Начало теоретического изучения капиллярных колебаний и устойчивости заряженной капли в линейном приближении по амплитуде осцилляций связано с именем Рэлея [47 – 48] и относится к концу девятнадцатого века. <...> В качестве отдельных мод осесимметричных колебаний поверхности рассматривались колебания, описываемые соответствующими полиномами Лежандра, при этом номер моды соответствовал числу выпуклостей (или впадин) на поверхности капли. <...> Наименее устойчивой оказалась основная (вторая) мода капиллярных колебаний, критические условия потери устойчивости которой и определяют устойчивость всей капли. <...> Величину заряда на капле фиксированного радиуса с заданным коэффициентом по3 верхностного натяжения, при которой теряет <...>
Нелинейные_осцилляции_заряженной_капли__Монография.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова А.И. Григорьев С.О. Ширяева А.Н. Жаров Нелинейные осцилляции заряженной капли Ярославль 2006 1
Стр.1
УДК 532.59:534.1 ББК В 253.322я73 Г 83 Рекомендовано Редакционно-издательским советом университета в качестве научного издания. План 2006 года Рецензенты: канд. физ.-мат. наук, А.С. Голованов; кафедра прикладной математики и вычислительной техники Ярославского государственного технического университета Григорьев, А.И. Нелинейные осцилляции заряженной капли : Г 83 моногр. / А.И. Григорьев, С.О. Ширяева, А.Н. Жаров; Яросл. гос. ун-т. им. П.Г. Демидова. – Ярославль: ЯрГУ, 2006. – 280 с. ISBN 5-8397-0464-4 В монографии с единой точки зрения в рамках аналитического асимптотического моделирования рассмотрены нелинейные осцилляции заряженной капли идеальной несжимаемой жидкости как в вакууме, так и при наличии внешней несжимаемой диэлектрической среды ламинарно обтекающего каплю потока и осложняющего влияния внешних силовых полей и вязкости жидкости. Книга издана при финансовой поддержке грантов Президента РФ № МК-2946-2004-1 и МК-2209-2006-1, а также грантов РФФИ № 03-01-00760 и №06-01-00066-а. УДК 532.59:534.1 ББК В 253.322я73  Ярославский государственный университет, 2006  А.И. Григорьев, С.О. Ширяева, А.Н. Жаров, 2006 ISBN 5-8397-0464-4 2
Стр.2
1. Введение Совсем недавно, два с половиной десятилетия назад (первая теоретическая статья [1] появилась 1983 году), начались регулярные исследования нелинейных осцилляций капель [1 – 33]. И хотя самая первая публикация [1] была посвящена исследованию нелинейных осцилляций незаряженной капли, во всех последующих работах [2 – 33] рассматривалась именно заряженная капля. Следует отметить, что экспериментальные и теоретические исследования устойчивости и динамики колебаний заряженных капель жидкости в линейном по амплитуде осцилляций приближении проводятся уже почти полтора столетия. Интерес к заряженной капле объясняется тем, что она является ключевым объектом в самых разнообразных академических, геофизических, технических и технологических явлениях и процессах. Например, с ней приходится встречаться при электростатическом распыливании жидких топлив, инсектицидов, лакокрасочных материалов, в устройствах электрокаплеструйной печати, при исследовании проблем грозового электричества, в капельной модели ядра атома, в жидкометаллических источниках ионов, в ионных коллоидных реактивных двигателях, при жидкометаллической литографии и эпитаксии, при получении порошков тугоплавких металлов и т.п. (см., например, обзоры [34 – 46] и указанную в них литературу). Начало теоретического изучения капиллярных колебаний и устойчивости заряженной капли в линейном приближении по амплитуде осцилляций связано с именем Рэлея [47 – 48] и относится к концу девятнадцатого века. Он представил каплю как колебательную систему с бесконечным набором собственных частот колебаний. В качестве отдельных мод осесимметричных колебаний поверхности рассматривались колебания, описываемые соответствующими полиномами Лежандра, при этом номер моды соответствовал числу выпуклостей (или впадин) на поверхности капли. Рэлей рассчитал частоты капиллярных колебаний и нашел критические условия потери устойчивости сильно заряженной капли. Наименее устойчивой оказалась основная (вторая) мода капиллярных колебаний, критические условия потери устойчивости которой и определяют устойчивость всей капли. Величину заряда на капле фиксированного радиуса с заданным коэффициентом по3
Стр.3
верхностного натяжения, при которой теряет устойчивость основная мода, принято называть Рэлеевским пределом устойчивости заряженной капли. При превышении зарядом Рэлеевского предела капля неустойчива и у нее не существует равновесных сферических форм. Со времени появления работы Рэлея проделана масса исследований линейной устойчивости капель в различных усложняющих вариантах, количество же публикаций, посвященных линейным исследованиям, измеряется сотнями (см., например, обзоры [34 – 46] и указанную в них литературу). В нижеследующем изложении сосредоточимся на исследованиях нелинейных осцилляций заряженных капель [2 – 32, 49 – 51]. Можно выделить три основных направления проведенных исследований: 1) нелинейный анализ эволюции амплитуды капиллярных осцилляций поверхности капли в рамках методов теории возмущений; 2) расчет равновесных форм заряженных капель вблизи Рэлеевского предела и анализ характера бифуркаций решений, имеющих место в окрестности критического значения заряда; 3) исследование нелинейного взаимодействия между отдельными модами колебаний заряженной капли. Впервые классические методы теории возмущений (метод Линштедта-Пуанкаре) к исследованию осесимметричных капиллярных колебаний конечной амплитуды, совершаемых поверхностью незаряженной капли несжимаемой невязкой жидкости, были применены в [1]. Это позволило получить квадратичные по амплитуде начальной деформации поправки к форме поверхности капли, потенциалам скоростей и в третьем порядке малости к частотам колебаний. Расчеты проводились для трех типов начальных условий, определявшихся заданием начальной деформации капли в виде виртуального возмущения n-й моды осцилляций для n = 2, 3, 4. При проведении экспериментальных исследований сдвига частоты при нелинейных колебаниях капли в условиях отсутствия силы тяжести [32] получено хорошее согласие данных измерений с теоретическими предсказаниями работы [1]. В работе [29] на основе более подходящего для исследования многочастотных колебаний метода многих масштабов были исследованы осцилляции конечной амплитуды заряженной капли идеальной несжимаемой жидкости, вызванные начальным возбуждением первых трех мод (n = 2, 3, 4), в ситуации когда заряд 4
Стр.4
капли не достигает Рэлеевского предела. Однако выяснилось, что при увеличении заряда до некоторого порогового зависящего от амплитуды осцилляций значения *Q , меньшего критической по Рэлею величины, найденные в [29] поправки к амплитудам гармонических колебаний становятся несправедливыми, т.к. неограниченно нарастают при Q ≥ *Q . Для устранения таких расходимостей в [32] на основе анализа асимптотического поведения решений, полученных в [29], малый параметр масштабирования вводился таким образом, чтобы он характеризовал соотношение между амплитудой деформации и отклонением величины заряда на капле Q от критического ∗Q . Это позволило авторам [32] проанализировать нелинейную динамику осесимметричных осцилляций поверхности невязкой заряженной капли вблизи Рэлеевского предела и получить с точностью до второго порядка малости по величине решения, описывающие эволюцию формы капли, поля скоростей и электрического поля при начальном возбуждении основной моды колебаний поверхности. Нелинейный анализ неосесимметричных колебаний капли, несущей заряд, мало отличающийся от Рэлеевского предела, математическими методами, использованными в [32], предпринят и в [24], где получены динамические уравнения для амплитуд неосесимметричных мод, описываемых сферическими функциями второго порядка. Решения выведенных в [24] уравнений в зависимости от величины начальной деформации капли и близости заряда к критическому значению проявляют тенденцию к стохастичности. Нелинейная структура и устойчивость осесимметричных статических форм поверхности идеально проводящей заряженной невязкой капли с зарядом, близким к Рэлеевскому пределу, при начальном возбуждении основной (n=2) моды рассматривались в [32]. В частности было показано, что Рэлеевский предел соответствует точке транскритической бифуркации семейства статических сферических форм капли на семейства осесимметричных вытянутых и сплюснутых сфероидальных форм (этот результат был подтвержден численными расчетами [51]). Вытянутые формы существуют при значениях заряда, меньших критического, и неустойчивы по отношению к малоамплитудным возмущениям поверхности. Сплюснутые статические формы согласно проведенному анализу существуют при зарядах, больших Рэлеевского 5
Стр.5

Облако ключевых слов *


* - вычисляется автоматически
.
.