Nghiên cứu quá trình lan truyền tương tác giữa các song trong một số hỗn hợp chất lỏng hai pha

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Danh sách kí hiệu chữ viết tắt MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CHƯƠNG II CƠ SỞ LÝ THUYẾT 12 2.1 HỆ PHƯƠNG TRÌNH THUỶ- NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC CHO MÔI TRƯỜNG HAI PHA LỎNG HƠI 12 2.1.1 Xây dựng mơ hình 12 2.1.2 Hệ phương trình sở 13 2.2 PHƯƠNG PHÁP GIẢI SỐ VÀ CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 26 2.2.1 Phương pháp giải số 26 2.2.2 Chương trình tính tốn 29 CHƯƠNG III MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Q TRÌNH LAN TRUYỀN VÀ TƯƠNG TÁC SĨNG XUNG KÍCH TRONG CÁC HỖN HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT HƠI 31 3.1 Q TRÌNH LAN TRUYỀN, TƯƠNG TÁC GIỮA SĨNG NGẮN VÀ SÓNG NGẮN TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP LỎNG - HƠI 31 3.1.1 Hỗn hợp nước chứa bọt 31 3.1.2 Hỗn hợp freon21 chứa bọt 36 3.1.3 Hỗn hợp nito lỏng chứa bọt 38 3.2 Q TRÌNH LAN TRUYỀN, TƯƠNG TÁC GIỮA SĨNG DÀI VÀ SĨNG NGẮN TRONG HỖN HỢP NƯỚC SƠI CHỨA BỌT HƠI 42 KẾT LUẬN 47 KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 1Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn Thạc sĩ em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, phòng Đào tạo, Khoa Tốn – Tin, thầy giáo trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên thầy cơng tác Viện Tốn học Việt Nam nhiệt tình truyền đạt cho em kiến thức quý báu suốt q trình học tập hồn thành luận văn Thạc sĩ Đặc biệt, em xin gửi lời biết ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn, người trực tiếp bảo, hướng dẫn động viên em suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Xin gửi lời cảm ơn đến BGH, bạn đồng nghiệp trường PTDT Nội trú cấp II-III Bắc Quang, Hà Giang quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành khóa học Xin cảm ơn anh chị em học viên lớp cao học K4A đoàn kết, đùm bọc giúp đỡ tồn khóa học Cuối xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến người thân gia đình tơi, người ln động viên, khuyến khích giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Thành đạt q mà tơi muốn dành tặng gia đình thân yêu Thái Nguyên, tháng 11 năm 2012 Học viên Nguyễn Đức Chung 2Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Danh sách kí hiệu chữ viết tắt B c, c p , cv - Hằng số khí Nhiệt dung riêng, nhiệt dung riêng áp suất vận tốc khơng đổi Cường độ chuyển pha Nhiệt hố chất lỏng Số lượng bọt áp suất hỗn hợp, áp suất ban đầu áp suất pha i Cường độ sóng xung kích ban đầu Dịng nhiệt Bán kính bọt Bán kính ban đầu bọt nhiệt độ hỗn hợp, nhiệt độ ban đầu nhiệt độ pha i Thời gian Vận tốc hỗn hợp, vận tốc pha thứ i Vận tốc hướng kính chất lỏng chuyển động xung quanh bọt Vận tốc màng bọt j l n p,p0 pi pe q R,a R0, a0 T,T0 Ti t v, vi w1 - w1a - , , P,W - i -  i0 - Phần thể tích ban đầu pha i  - Hệ số sức căng bề mặt Toạ độ Lagrange Hệ số hiệu chỉnh hỗn hợp i ,  - Hệ số nhớt động lực chất lỏng mật độ pha i, mật độ hỗn hợp  i0 ,  - mật độ thực pha i, mật độ ban đầu hỗn hợp  - b1 , b2 , b3 , b4 -  1 ,  1 Đại lượng không thứ nguyên mật độ, nhiệt độ, áp suất vận tốc màng bọt Phần thể tích pha i hỗn hợp tỷ số nhiệt dung riêng áp suất không đổi thể tích khơng đổi cường độ xung áp suất 3Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Chất lỏng không đồng hay hỗn hợp chất lỏng nhiều pha môi trường phức tạp Môi trường thường gặp nhiều trình tự nhiên, cơng nghệ hố học, vật lý… ứng dụng nhiều nghành công nghiệp lượng : khai thác , vận chuyển chế biến dầu khí…Tuy nhiên, từ 1950 trở lại đây, việc nghiên cứu dịng hai pha khí lỏng tiến hành cách có hệ thống lý thuyết thực nghiệm Trong hỗn hợp , trình trao đổi nhiệt chất tượng quan trọng tách rời, trường hợp tồn sóng xung kích lan truyền hỗn hợp So với môi trường chất lỏng đồng pha mơi trường hỗn hợp hai pha khác xa tính chất vật lý, thể chỗ hỗn hợp có kết hợp tính chất phi tuyến vật lý mạnh, tán sắc trình hao tán lượng nên biểu đồ mơ tả sóng có nhiều dạng Chính vậy, thay đổi điều kiện thuỷ động lực dẫn đến thay đổi cấu trúc sóng, tính chất vật lý nhiệt, q trình tương tác pha Tính chất đặc trưng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt trình động lực học xuất biến dạng cục hỗn hợp thay đổi thể tích mơi trường thay đổi thể tích bọt Khả mức độ co nén bọt phụ thuộc mạnh vào trao đổi nhiệt khối lượng pha lỏng pha khí Sự xuất đồng thời lượng biến dạng dẫn tới sóng có cấu trúc khác Ngồi ra, truyền sóng áp suất mơi trường dẫn đến khả hoá ngưng tụ pha khí, từ dẫn đến thay đổi chủ yếu cấu trúc môi trường Do hỗn hợp chất lỏng chứa bọt có tính chất đặc biệt trên, hỗn hợp xuất nhiều lĩnh vực công nghiệp 4Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn lượng, cơng nghệ hố học trình tự nhiên cho nên, hiểu biết tượng xuất sóng áp suất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt xảy trình tương tác sóng cần thiết Căn vào tình hình phát triển nghiên cứu q trình lan truyền sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng- bọt nước mục đích đề tài bao gồm vấn đề sau: - Nghiên cứu lý thuyết q trình sóng hỗn hợp hai pha bao gồm pha phân tán phần tử dạng bọt với pha chất lỏng Newton chứa ống nằm ngang Giả sử hai đầu ống tồn hai sóng xung kích lan truyền vào hỗn hợp, chúng tương tác lan truyền ngược Thành lập hệ phương trình vi phân đạo hàm riêng mơ tả q trình - Nghiên cứu, phân tích đánh giá quy luật phụ thuộc chung sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chứa bọt trình lan truyền q trình tương tác sóng sở hệ phương trình thủy - nhiệt động lực học Sau biến đổi dạng phù hợp với việc sử dụng phương pháp số, sử dụng thuật tốn chương trình tính phù hợp với mơ hình khảo sát Chương trình kiểm chứng cách so sánh kết chương trình với kết thực nghiệm công bố tác giả khác sóng tới - Sử dụng chương trình tính nói để nghiên cứu phân tích phụ thuộc cường độ sóng áp suất vào: điều kiện đầu, điều kiện biên, cường độ sóng xung kích ban đầu, thể tích pha tính chất vật lý nhiệt hỗn hợp, trình lan truyền tương tác sóng xung kích số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt 5Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn - Đưa nhận xét kết luận vấn đề nghiên cứu, đồng thời đề xuất ý kiến góp phần giảm thiểu tượng bất thường xảy để đảm bảo an toàn hệ thống truyền dẫn thủy lực Nội dung luận văn chia làm ba chương : Chương I: Tổng quan Trình bày tổng quan phát triển xu hướng phát triển lĩnh vực truyền sóng xung kích hỗn hợp lỏng – hơi, tượng xảy sóng lan truyền hỗn hợp Chương II: Cơ sở lý thuyết Dựa sở hệ phương trình thủy - nhiệt động lực học hỗn hợp lỏng mô tả hiệ tượng vật lý, sử dụng thuật tốn chương trình tính phù hợp để nghiên cứu, phân tích đánh giá q trình lan truyền tương tác sóng sóng xung kích hỗn hợp Chương III: Một số kết nghiên cứu trình lan truyền, tương tác sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chứa bọt Trình bày số kết nghiên cứu trình la truyền tương tác sóng ngắn sóng ngắn, sóng dài sóng ngắn Từ kết nhận nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng yếu tố cường độ ban đầu sóng, nồng độ thể tích pha lên q trình lan truyền tương tác sóng hỗn hợp So sánh trình tương tác sóng số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt nhằm ảnh hưởng điều kiện đầu, điều kiện biên tính chất vật lý nhiệt hỗn hợp lên q trình lan truyền tương tác sóng hỗn hợp 6Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Để thự nội dung trên, tiến hành thực đề tài “Nghiên cứu trình lan truyền, tương tác song số hỗn hợp chất lỏng hai pha ” Bản luận văn thực trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên hoàn thành từ ý tưởng nghiên cứu, hướng dẫn tận tình giúp đỡ mặt khoa học PGS TS Nguyễn Văn Tuấn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới thầy Tôi xin chân thành cảm ơn Trường PTDT Nội trú cấp II-III Bắc Quang, Hà Giang tạo điều kiện thuận lợi suốt q trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn tốt nghiệp 7Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƯƠNG I TỔNG QUAN Như nêu phần mở đầu, hỗn hợp hai pha chất lỏng chứa bọt khí có tính chất đặc biệt, kết hợp tính chất phi tuyến vật lý mạnh, phân tán hao tán lượng, nên biểu đồ mơ tả sóng có nhiều dạng Chính thay đổi điều kiện thuỷ động lực, dẫn đến thay đổi cấu trúc sóng q trình tuơng tác pha Cho nên hiểu biết tượng bất thường xuất sóng áp suất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt cần thiết để giải loạt toán thực tế để phân tích chế độ làm việc độ thiết bị lượng, phân tích tình hư hỏng đảm bảo an tồn khai thác nhà máy điện nguyên tử, phân tích tượng xâm thực máy tuốc bin, hệ thống truyền dẫn thuỷ lực, để ứng dụng công nghiệp khai thác, vận chuyển chế biến dầu khí, cơng nghệ hố học, Dẫn đến cấp thiết việc nghiên cứu thuỷ động lực học q trình sóng mơi trường chất lỏng có bọt Mơi trường hỗn hợp chất lỏng với bọt khí hồ tan ngưng tụ (hay khí khơng hồ tan khơng ngưng tụ) thú vị chỗ chúng cấu thành từ ba yếu tố : tính phi tuyến, tán sắc trình hao tán lượng [1, 21] Bức tranh sóng có nhiều dạng dễ dàng thay đổi cách thay đổi điều kiện thuỷ động lực, cấu trúc tính chất vật lý nhiệt hỗn hợp với trình tương tác pha Điều đặc biệt hỗn hợp chất lỏng chứa bọt trình thuỷ động lực xuất lượng biến dạng cục hỗn hợp thay đổi thể tích mơi trường, thay đổi chủ yếu thay đổi thể tích bọt hỗn hợp tính chất dễ co lại hay giãn nở khí (hoặc hơi) bọt [3],[6] Sự xuất đồng thời lượng biến dạng đàn hồi dẫn đến 8Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn sóng có cấu trúc dao động thay đổi thể tích bọt Ngồi ra, lan truyền sóng áp suất mơi trường dẫn đến hoà tan hay ngưng tụ pha khí (hoặc hơi) dẫn đến thay đổi chất cấu trúc vật lí hỗn hợp Do thay đổi tính chất vật lí hỗn hợp có sóng xung kích lan truyền qua, nên hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí (hoặc hơi) thường xảy tượng thể tính chất phi tuyến hỗn hợp tượng khuếch đại hay tắt dần sóng xung kích lan truyền hỗn hợp Về khuếch đại sóng xung kích lan truyền chất lỏng chứa bọt khí đề cập đến [10], [11] Trong cơng trình tác giả trình bày hệ phương trình nhiệt thuỷ động lực học, giải hệ phương trình phương pháp số đưa số kết ảnh hưởng trình trao đổi nhiệt – khối lượng lên động lực học sóng mơi trường hai pha lỏng khí có xét đến khả ngưng tụ hay khí hồ tan pha khí [16] Trong trường hợp khơng sâu nghiên cứu cấu trúc sóng xung kích, mà xem truyền sóng xung kích truyền mặt gián đoạn Tác giả trình bày số kết nghiên cứu tăng áp suất sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí sóng tác động bị phản xạ tường cứng, tượng tắt dần xem [12] Sóng xung kích hỗn hợp chứa bọt khí hồ tan hay ngưng tụ, lý thuyết nghiên cứu cơng trình [13, 18, 19], thực nghiệm nghiên cứu cơng trình [12, 15, 17] Nghiên cứu lý thuyết di chuyển bọt co lại hay giãn nở bọt dòng chảy hai pha xem [14] Mơi trường lỏng - bọt cịn sử dụng cơng nghiệp lượng nguyên tử Phân tích chế độ làm việc độ của thiết bị lượng, phân tích tình hư hỏng đảm bảo an toàn khai thác nhà máy điện nguyên tử đề cập đến 9Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn cơng trình [4] Nhận biết tính chất phi tuyến mạnh môi trường hai pha lỏng - bọt, mà xuất nhiều tượng bất thường có sóng xung kích lan truyền qua tượng tăng áp suất giảm đột ngột áp suất hỗn hợp [5, 19] Hoặc tượng bất thường xảy ra, tượng khuếch đại cường độ sóng áp suất tác động vào hỗn hợp lỏng Về vấn đề đẫ trình bày [9], [9] tác giả rõ ràng rằng, giai đoạn đầu sóng xung kích tác động vào hỗn hợp cường độ sóng tăng mạnh, nhiên khuếch đại cong phụ thuộc vào hỗn hợp mà tác động Trong tài liệu [8], tác giả đề cập tới trình trao đổi nhiệt khối lượng trình tương tác sóng Tại cường độ sóng tăng mạnh cường độ sóng áp suất phụ thuộc vào tính chất vật lý nhiệt hỗn hợp Đây vấn đề quan tâm Do môi trường lại ứng dụng rộng rãi nhiều ngành thuộc lĩnh vực cơng nghiệp khác Chính vậy, mơi trường tập trung nhiều nhà khoa học nước giới quan tâm Với tổng quan tóm tắt trình bày thực trạng vấn đề mơ hình thủy - nhiệt mơ tả dịng chảy hai pha lỏng – bọt, có sóng xung kích lan truyền đó, tác giả cố gắng tìm hiểu trình bày số nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm q trình lan truyền sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng hai pha, phân tích tượng, hiệu ứng bất thường xảy hỗn hợp số nguyên nhân gây hiệu ứng Qua kết nghiên cứu cơng trình cho hiểu biết đắn tượng xuất hiện, để giải hàng loạt toán thực tế phân tích chế độ làm việc trạm lượng, phân tích điều kiện hư hỏng đảm bảo an toàn khai thác nhà máy điện nguyên tử, khai thác vận chuyển chế biến dầu khí, cơng nghệ hố học q trình tự nhiên… 10 10Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn p / po 1 2 3 200 400 600 800 1000 mm Hình 7: Quá trình tương tác hai xung áp suất (đường cong liên tục mảnh) trình tiến triển xung áp suất khơng có tương tác (đường cong liên tục đậm) hỗn hợp lỏng - freon 21 với nồng độ pha 20 = 0.5% 3.5 p / po 1 2.5 2 1.5 3 200 400 600 800 1000 mm Hình 8: Quá trình tương tác hai xung áp suất (đường cong liên tục mảnh) trình tiến triển xung áp suất khơng có tương tác (đường cong liên tục đậm) hỗn hợp lỏng - freon 21 với nồng độ pha 20 = 1% Trong hình 8, minh họa trình tương tác hai xung áp suất trình tiến triển xung áp suất khơng có tương tác hỗn hợp freon 21 chứa bọt với điều kiện đầu điều kiện biên trường hợp thay đổi nồng độ thể tích pha 20 = 1% Các đường cong từ 1-3 tương ứng với khoảng thời gian t = 1; 30.8 51.9 ms (tức ứng với thời điểm trước tương tác, thời điểm tương tác sau tương tác sóng) Trong trường hợp p = 3.23, thời điểm xảy tương tác áp suất lớn 37 37Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn nhận 0.626 Mpa, cịn khơng xảy tương tác áp suất thời điểm 0.322 Mpa Qua kết biểu diễn hình 6, thấy, hỗn hợp tăng nồng độ thể tích pha cường độ áp suất lớn trình tương tác sóng giảm 3.1.3 Hỗn hợp nito lỏng chứa bọt Môi trường nitơ lỏng chứa bọt sử dụng nhiệt độ T = 77.350K áp suất thường p0= 0,1MPa Hỗn hợp chứa đường ống nằm ngang có chiều dài L Các tham số vật lý nhiệt nitơ lỏng cho Trong hình biểu diễn q trình tương tác sóng ngắn sóng ngắn có cường độ khoảng thời gian tác dụng xung Pmax 1.0 t  t1  t 1 ms hỗn hợp nitơ lỏng chứa bọt Các profil áp suất 1, 2, đại diện cho giai đoạn trước cộng hưởng, cộng hưởng sau cộng hưởng trình tương tác Khi cộng hưởng áp suất cực đại nhận vào khoảng 0.436 MPa 4.5 P / Po 3.5 2.5 2 1.5 0.5 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 mm Hình 9: Quá trình tương tác sóng sóng ngắn sóng ngắn có Pmax 1.0 t  t1  t 1 ms , hỗn hợp nitơ lỏng chứa bọt có  20  % , L = 1.0 m, p0  0.1 MPa , R0  1.0 mm , T= 77.350K Các đường cong từ 1-3 profil áp suất tại: t =2.1; 3.61 5.57 ms, tương ứng với thời điểm trước cộng hưởng, cộng hưởng sau cộng hưởng 38 38Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Từ kết minh họa hình, hỗn hợp nước sơi chứa bọt hơi, thấy giai đoạn đầu lan truyền vào hai sóng đơn, tương tác cộng hưởng thành sóng sau có xu hướng tách thành hai sóng lan truyền ngược hỗn hợp Các kết trình bày hình 10 thấy q trình tương tác sóng hỗn hợp nitơ lỏng chứa bọt diễn mạnh so với hỗn hợp nước chứa bọt hơi, cấu trúc áp suất sóng ba giai đoạn xuất dao động Qua cho thấy cường độ xung áp suất lan truyền hỗn hợp nước chứa bọt giảm mạnh hỗn hợp nitơ lỏng, hay trình trao đổi nhiệt - chất pha hỗn hợp nước chứa bọt diễn mạnh hỗn hợp nitơ lỏng chứa bọt Trong hình 10 trình bày trình tương tác hai xung áp suất trình tiến triển xung áp suất khơng có tương tác hỗn hợp nitơ lỏng chứa bọt Trong trường hợp điều kiện đầu điều kiện biên cho sau: pmax= 1.5; p0 = 0.1 MPa; bán kính bọt R0 = mm; L = m; T0 = 77.350; 20 = 0.5% t0 = ms 10 p/ po 2 3 200 400 600 800 1000 mm Hình 10 Quá trình tương tác hai xung áp suất (đường cong liên tục mảnh) trình tiến triển xung áp suất khơng có tương tác (đường cong liên tục đậm) hỗn hợp lỏng - nitơ lỏng chứa bọt 39 39Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Các đường cong từ 1-3 tương ứng với khoảng thời gian t = 1; 21.7 35 ms (tức thời điểm trước tương tác, thời điểm tương tác sau tương tác sóng) Trong trường hợp p = 4.54, thời điểm xảy tương tác áp suất lớn nhận 0.865Mpa, cịn khơng xảy tương tác áp suất thời điểm 0.265 Mpa Qua kết nghiên cứu q trình tương tác sóng số hỗn hợp trình bày đây, thấy qua q trình tương tác sóng dáng điệu sóng khơng thay đổi, tốc độ lan truyền sóng thay đổi, tốc độ lan truyền sóng phụ thuộc chủ yếu vào cường độ Các đại lượng khơng thứ ngun p hỗn hợp nước nitơ lỏng tương ứng 2.8 4.54 cho thấy tính phi tuyến hỗn hợp tương ứng tăng dần Điều có so sánh kết biểu diễn hình hình 11 10 p/ po 2 200 400 600 800 1000 mm Hình 11: So sánh profile áp suất thời điểm xảy tương tác sóng hỗn hợp lỏng - nitơ lỏng nước tương ứng với đường cong 1; ; Các kết thu nhận hình 11 cho thấy profile áp suất mô tả trình lan truyền xung hỗn hợp khác khác Điều chứng tỏ q trình trao đổi nhiệt chất pha hỗn hợp khác 40 40Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn khác Các kết cho thấy tốc độ lan truyền sóng hỗn hợp nước thấp hỗn hợp nitơ lỏng, điều cho thấy q trình trao đổi nhiệt chất hỗn hợp nước diễn mạnh hỗn hợp nitơ lỏng 3.5 p/po 2.5 2 1.5 100 200 300 400 500 mm 600 700 800 900 1000 Hình 12: Các profile áp suất 1; thời điểm 1; 25; 40 ms xung áp suất lan truyền, không tương tác hỗn hợp nitơ lỏng ( đường nét mảnh )và nước( đường nét đậm) Chính khác tính chất vật lý nhiệt hỗn hợp, nên ảnh hưởng mạnh đến khác tới động lực học sóng mơi trường 41 41Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.2 QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN, TƯƠNG TÁC GIỮA SÓNG DÀI VÀ SÓNG NGẮN TRONG HỖN HỢP NƯỚC SÔI CHỨA BỌT HƠI Các kết hình 13, 14 15 biểu diễn trình tương tác sóng dài sóng ngắn, phần thể tích pha hỗn hợp nhận giá trị  20 1; % tương ứng Trong trường hợp này, sóng dài có cường độ pe  0.16 MPa sóng ngắn (xung áp suất) có cường độ Pmax  0.6 (trong Pmax  p max  p0 ) với khoảng thời gian tác dụng xung áp suất p0 t  t1  t 1 ms , bán kính bọt hỗn hợp R0 1 mm Các kết biểu diễn hình 14 trường hợp hỗn hợp có phần thể tích pha  20  1% Các đường cong từ 1-14 profil áp suất tương ứng với khoảng thời gian: t = 0.29; 0.93; 1.47; 2.01; 2.45; 2.89; 3.08; 3.18; 3.23; 3.28; 3.33; 3.38; 3.43 3.47 ms Từ kết nhận biểu diễn hình thấy áp suất từ hai đầu ống lan truyền vào tương tác nhau, vùng tương tác, áp suất hỗn hợp tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại hỗn hợp nhận vào khoảng 0.234 MPa 2.5 P / Po 14 13 12 11 10 1.5 0.5 100 200 300 400 500 mm Hình 13: Q trình tương tác sóng sóng dài có cường độ pe  0.16 MPa sóng ngắn có cường độ Pmax  0.6 hỗn hợp tích pha  20  1% 42 42Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.5 P / Po 12 11 1.5 10 0.5 100 200 300 400 500 mm Hình 14: Q trình tương tác sóng sóng dài có cường độ pe  0.16 MPa sóng ngắn có cường độ Pmax  0.6 hỗn hợp tích pha  20  % Từ kết nhận hình 14, hỗn hợp có phần thể tích pha  20  % , đường cong từ 1-12 profil áp suất tương ứng với khoảng thời gian: t = 0.39; 1.13; 2.01; 2.89; 3.96; 4.8; 5.33; 5.53; 5.68; 5.82; 5.92 6.02 ms Có thể thấy vùng tương tác, áp suất hỗn hợp tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận vào khoảng 0.224 MPa 2.5 P / Po 14 13 12 11 10 1.5 0.5 100 200 300 400 500 mm Hình 15: Quá trình tương tác sóng sóng dài có cường độ pe  0.16 MPa sóng ngắn có cường độ Pmax  0.6 hỗn hợp tích pha  20  % 43 43Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Các kết biểu diễn hình 15 trường hợp hỗn hợp có phần thể tích pha  20  % Các đường cong từ 1-14 profil áp suất tương ứng với khoảng thời gian: t = 0.34; 1.08; 2.01; 3.03; 4.01; 5.04; 6.07; 6.85; 7.14; 7.49; 7.63; 7.73; 7.83 7.88 ms Từ kết nhận được, thấy vùng tương tác, áp suất hỗn hợp tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận vào khoảng 0.214 MPa Từ kết nhận đây, thấy tăng phần thể tích pha hỗn hợp giá trị cực đại áp suất hỗn hợp giảm (khi thể tích pha 20 = 1, % áp suất cực đại hỗn hợp nhận tườg ứng 0.234, 0.224 0.214 MPa tương ứng) Đồng thời, thời gian nhận giá trị cực đại áp suất hỗn hợp tăng lên Các kết hình 16, 17 18 biểu diễn q trình tương tác sóng dài sóng ngắn phần thể tích pha hỗn hợp nhận giá trị  20 1; % tương ứng Trong trường hợp này, điều kiện ban đầu, điều kiện biên tham số vật chất hỗn hợp giữ nguyên trường hợp trên, thay đổi cường độ sóng dài, trường hợp pe  MPa Trên hình 16, đường cong từ 1-14 profil áp suất tương ứng với khoảng thời gian: t = 0.16; 0.51; 1.0; 1.49; 2.0; 2.23; 2.49; 2.74; 2.88; 2.96; 3.0; 3.03; 3.07 3.11 ms Từ kết nhận thấy vùng tương tác, áp suất hỗn hợp tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận vào khoảng 0.398 MPa Đồng thời, thấy, tăng cường độ áp suất tác động vào hỗn hợp, cấu trúc sóng xuất dao động 44 44Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4.5 3.5 P / Po 2.5 14 13 12 11 1.5 10 0.5 100 200 300 400 500 mm Hình 16: Q trình tương tác sóng sóng dài có cường độ pe  MPa sóng ngắn có cường độ Pmax  0.6 hỗn hợp tích pha  20  1% 3.5 P / Po 2.5 13 12 11 10 1.5 0.5 100 200 300 400 500 mm Hình 17: Q trình tương tác sóng sóng dài có cường độ pe  MPa sóng ngắn có cường độ Pmax  0.6 hỗn hợp tích pha  20  % Trên hình 17, đường cong từ 1-13 profil áp suất tương ứng với khoảng thời gian: t = 0.44; 1.27; 2.01; 2.79; 3.52; 4.21; 4.65; 4.84; 4.94; 4.99; 5.04; 5.14 5.19 ms Các kết biểu diễn hình trường hợp hỗn hợp có phần thể tích pha  20  % Từ kết nhận thấy vùng tương tác, có thời điểm áp suất cực đại nhận vào khoảng 0.379 MPa Trên hình 18, đường cong từ 1-13 profil áp suất tương ứng với khoảng thời gian: t = 0.49; 1.17; 2.01; 2.89; 3.87; 4.47; 6.02; 6.26; 6.41; 45 45Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6.56; 6.65; 6.7 6.75 ms Trong trường hợp này, hỗn hợp có phần thể tích pha  20  % Từ kết nhận thấy vùng tương tác, áp suất hỗn hợp tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận vào khoảng 0.341 MPa 3.5 P / Po 2.5 13 12 11 10 1.5 0.5 100 200 300 400 500 mm Hình 18: Q trình tương tác sóng sóng dài có cường độ pe  MPa sóng ngắn có cường độ Pmax  0.6 hỗn hợp tích pha  20  % Từ kết nhận biểu diễn hình từ 13 - 18, thấy tăng phần thể tích pha hỗn hợp giá trị cực đại áp suất hỗn hợp trình tương tác giảm Điều lý giải, phần thể tích pha hỗn hợp tăng giảm cường độ sóng áp suất truyền hỗn hợp lớn Do đó, tăng phần thể tích pha hỗn hợp giá trị áp suất cực đại nhận trình tương tác sóng giảm Đồng thời, thời gian nhận giá trị cực đại áp suất hỗn hợp tăng lên, vận tốc truyền sóng hỗn hợp giảm Hiện tượng xảy sóng áp suất, đặc biệt xung áp suất truyền hỗn hợp cường độ sóng bị giảm, nguyên nhân quan trọng dẫn tới tình trạng ảnh hưởng trình trao đổi nhiệt - chất pha hỗn hợp 46 46Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn KẾT LUẬN Trên sở kết nghiên cứu q trình lan truyền sóng dài sóng ngắn, q trình tương tác sóng ngắn với sóng ngắn hỗn hợp lỏng - như: môi trường nước chứa bọt nitơ lỏng chứa bọt rút số kết luận sau: Trong q trình tương tác sóng ngắn sóng ngắn hỗn hợp, thấy giai đoạn đầu lan truyền vào hai sóng đơn, tương tác cộng hưởng thành sóng sau có xu hướng tách thành hai sóng lan truyền ngược hỗn hợp Trong q trình tương tác sóng cho thấy rõ chất phi tuyến vật lý mạnh môi trường lỏng – Có thể thấy, áp suất hỗn hợp thời điểm tương tác sóng lớn hai lần giá trị so với giá trị tuyến tính Trong hai trường hợp tương tác sóng ngắn sóng ngắn, sóng dài sóng ngắn giá trị cực đại áp suất nhận thuộc mạnh vào phần thể tích pha hỗn hợp khoảng cách lan truyền sóng xung kích ống khảo sát Khi tăng phần thể tích pha hỗn hợp hay tăng khoảng cách lan truyền sóng xung kích giá trị áp suất cực đại nhận q trình tương tác sóng giảm Đồng thời, thời gian nhận giá trị cực đại áp suất hỗn hợp tăng lên, vận tốc truyền sóng hỗn hợp giảm Ngồi ra, giá trị áp suất cực đại thu nhận phụ thuộc vào cường độ ban đầu sóng, Pmax lớn giá trị cực đại áp suất hỗn hợp lớn Quá trình trao đổi nhiệt - chất pha hỗn hợp khác nên tốc độ lan truyền xung áp suất hỗn hợp khác Quá trình trao đổi nhiệt – chất hỗn hợp tăng tốc độ lan truyền sóng hỗn hợp giảm Do vậy, tính chất vật lý nhiệt hỗn hợp ảnh hưởng mạnh đến động học sóng mơi trường 47 47Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trong nội dung luận văn, dựa sở hệ phương trình thủy nhiệt động lực học với việc sử dụng thuật tốn chương trình tính phù hợp nghiên cứu q trình lan truyền sóng xung kích số mơi trường lỏng – như: Hỗn hợp nước chứa bọt hơi, nitơ lỏng, dầu hỗn hợp fereon 21 chứa bọt hơi, tính chất phi tuyến tính phân tán hao tán lượng môi trường đặc biệt Tuy nhiên, tranh toàn cảnh trình sóng mơi trường lỏng – cịn nhiều vấn đề phức tạp mà nhà khoa học giới nước quan tâm, ví dụ như: Phân tích chế độ làm việc trạm lượng, phân tích điều kiện hư hỏng đảm bảo an toàn khai thác nhà máy điện nguyên tử, nghiên cứu tượng xâm thực cánh tuốc bin nhà máy thủy điện hay tượng sóng va hệ thống truyền dẫn thủy lực … Đó vấn đề cần thiết nghiên cứu theo hướng đề tài 48 48Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO LanĐau L.D & Lifsitx E.M (2001), Thuỷ động lực học, NXB KH & KT, Hà Nội Xê Đôp L.I (1977), Cơ học môi trường liên tục, NXBĐH & THCN, Hà Nội Dương Ngọc Hải (1987), “Sóng xung kích hỗn hợp dị thể lỏng với chất khí hơi”, Tạp chí Cơ học, 9(4), pp 3- Dương Ngọc Hải (2001), “Năng lượng nguyên tử - an toàn hạt nhân số vấn đề nhiệt thuỷ học”, Tuyển tập hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học kỹ thuật, HàNội, pp 68 - 74 Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002), “Hiện tượng sóng va hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tập cơng trình hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 7, Hà Nội, pp 177 - 184 Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002), “Sóng phản xạ tường cứng tương tác sóng số hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tập Cơng trình Hội nghị Cơ học tồn quốc lần thứ 7, Hà Nội, pp 165 176 Nguyễn Văn Tuấn, Dương Ngọc Hải (2006) “ Quá trình lan truyền tương tác sóng ngắn số hỗn hợp lỏng-hơi” , Tuyển tập cơng trình Hội nghị Cơ học Thủy khí Tồn quốc, Vũng tàu , 2628/7/2006 pp.515-526 Nguyễn Thị Hoa (2007) “Nghiên cứu số trao đổi Nhiệt - Chất truyền sóng trình tương tác sóng xung kích số hỗn hợp Lỏng - Hơi.” Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trường đại học kỹ thuật công nghiệp 11/2007 Trần Quốc Nghị (2011), “Nghiên cứu trình lan truyền sóng áp suất hỗn hợp chất lỏng hai pha” Luận văn thạc sĩ Toán học ứng 49 49Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn dụng, trường đại học khoa học 11/2011 10.Duong Ngoc Hai and Nguyen Van Tuan (2002), “Waves reflected by solid wall in the mixture of liquid with vapour bubbles”, J Mechanics Vol 24, No 3, pp 167-180 11 Duong Ngoc Hai, Nguyen Van Tuan (1999) , “Shock Waves in some Mixture of Liquid and Gas of two Components”, Trainning-scientific workshop French-Vietnamese, Ha Noi, pp 79 – 86 12 Nguyen Van Tuan, Duong Ngoc Hai, (2004) “ Waves reflected by Solid Wall and Interaction in Vapour Bubbly Liqiuds” The 6th International Conference on Nuclear Thermal Hydraulics, Operations and Safety (NUTHOS-6), Nara, Japan, October 4-8, 2004, Paper ID N6P016 13 Gubaidulin A.A., Beregova O.Sh and Bekishev S.A (1998), “Features of Non-Stationary Shock Waves Propagation in NonNewtonian Liquid with Gas Bubbles”, Pro of Int Conf on Multiphase Flow, ICMF’98, Lyon, France, from CD - ICMF, Sesion 3.2, Unit 249 14 Kubie J (2000), “Velocity of lony Bubbles in Horizontally Oscillating Vertical Piper”, Int J Multiphase Flow Vol 26, pp 339-349 15 Kwidzinki R., Karda D and Pribaturin N.A (1998), “Experimental investigation of structure of stationary shock wave and its interaction with transient impulse of pressure in two-phase flow”, Proc of Int Conf on Multiphase Flow ICMF’ 98, Lyon, France, from CD ICMF, Sesion 3.2, Unit 353 16 Duong Ngọc Hai and Nguyen Van Tuan, (2008), “Interphase HeatMass Transfer in Bubbly Liquid and its Influence on Wave Propagation Processes”, Proceedings of the 2nd International Forum on Heat Transfer, September 17-19, 2008, Tokyo, Japan, paper ID N128 17 Nakoryakov V.E., Pokusaev B.G., Shreiber I.R., Kuznetsov V.V., 50 50Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Malykh N.V (1975), “Experimental Investigation of Shock Waves in a Fluid with Gas Bubbles” in: Wave Processes in Two-Phase Systems, Institute of Thermophysics SD Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk, pp 54-97 18 Fujikawa S and Maerefat M (1991), “A Molecular Theory of the Phase Change from Vapour to Liquid”, Pro of the Int Conf on Multiphase Flow’ 91, Tsukuba, Japan, pp 175-179 19 Gubaidulin A.A (1995), “Shock Wave Phenomena in Bubbles Liquids”, Pro of the 2nd Int Conf on Multiphase Flow’95-Kyoto, pp PH2_3-PH2_8, 20 Nakoryako V.E., Pokusaev B.G and shreiber I.R (1983), Wave Propagation Processes in Gas and Vapour-Liquid Media, Institute of Thermophysics, Novosibirsk, pp 109-133 21 Nigmatulin (1990), “Dynamics of Multiphase Media”, Hemisphere, publ.Corp, Washington 51 51Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... dung luận văn nghiên cứu trình lan truyền tương tác sóng hỗn hợp hai pha chứa ống nằm ngang với giả thiết tồn hai sóng xung kích tác động vào hỗn hợp, lan truyền hỗn hợp, tương tác lan truyền ngược... KÍCH TRONG CÁC HỖN HỢP CHẤT LỎNG CHỨA BỌT HƠI Trong phần luận văn trình bày số kết nghiên cứu ứng xử áp suất trình lan truyền tương tác sóng ngắn sóng ngắn số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hỗn hợp. .. chương trình tính phù hợp để nghiên cứu, phân tích đánh giá q trình lan truyền tương tác sóng sóng xung kích hỗn hợp Chương III: Một số kết nghiên cứu trình lan truyền, tương tác sóng xung kích hỗn