(Luận văn thạc sĩ) phân tích đoạn nhiệt sóng xung kích trong hốn hợp chất lỏng và chất khí

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC  - NGUYỄN HỮU QUYỀN PHÂN TÍCH ĐOẠN NHIỆT SĨNG XUNG KÍCH TRONG HỖN HỢP CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ HAI THÀNH PHẦN LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC THÁI NGUYÊN - 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC  - NGUYỄN HỮU QUYỀN PHÂN TÍCH ĐOẠN NHIỆT SĨNG XUNG KÍCH TRONG HỖN HỢP CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ HAI THÀNH PHẦN LUẬN VĂN THẠC SĨ TOÁN HỌC Chuyên ngành :Toán ứng dụng Mã số : 60 46 01 12 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn THÁI NGUYÊN - 2016 i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG iii MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Mục đích, phạm vi nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 4 Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƢƠNG I:TỔNG QUAN CHƢƠNG II:PHÂN TÍCH ĐOẠN NHIỆT SĨNG XUNG KÍCH TRONG CÁC HỖN HỢP CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ HAI THÀNH PHẦN 10 2.1 Hệ phương trình sở 10 2.2 Biểu thức biểu diễn vận tốc sóng tới 14 2.2.1 Trường hợp môi trường hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hồ tan 15 2.2.2 Trường hợp mơi trường hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí khơng hòa tan 16 2.3 Biểu thức biểu diễn áp suất sóng phản xạ 18 2.4 Phương pháp giải số chương trình tính 21 2.4.1 Xác định vận tốc sóng tới 21 2.4.2 Xác định áp suất sóng phản xạ 21 2.4.3 Chương trình tính tốn 22 CHƢƠNG III:MỘT SỐ TÍNH TỐN KIỂM ĐỊNH, NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ VỀ ĐOẠN NHIỆT SĨNG XUNG KÍCH TRONG MỘT SỐ HỖN HỢP CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ HAI THÀNH PHẦN 23 3.1 Mơ tả mơ hình sử dụng, tính tốn so sánh 23 3.2 Sự ảnh hưởng hỗn hợp lỏng - bọt hai thành phần vận tốc sóng tới 25 3.3 Sự tăng áp suất sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần bị phản xạ tường cứng 27 ii 3.3.1 Hỗn hợp nước chứa bọt khơng khí 28 3.3.2 Hỗn hợp dầu thơ chứa bọt gồm khí hồ tan khí khơng hịa tan 31 3.4 So sánh kết tính tốn hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hai thành phần 34 3.5 Nhận xét 36 KẾT LUẬN 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU SỬ DỤNG Chỉ số i = 1, Chỉsố - Trạng thái cân sau sóng tới sau sóng phản xạ hỗn hợp - Trạng thái ban đầu hỗn hợp, pha lỏng, pha khí, khí hịa tan khơng hịa tan i =0,1,2,v, g B - Hằng số khí c, cp2, cv2 - Nhiệt dung riêng, nhiệt dung riêng áp suất vận tốc không đổi D(i) - Vận tốc sóng l - Nhiệt hóa chất lỏng n - Số lượng bọt p - áp suất hỗn hợp pe - Cường độ sóng xung kích ban đầu q - Dịng nhiệt R - Bán kính bọt T - Nhiệt độ hỗn hợp t - Thời gian v, v(i) - Vận tốc hỗn hợp xi - Phần khối lượng pha i  - Phần thể tích pha hỗn hợp  - Hệ số sức căng bề mặt MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Trong q trình nghiên cứu dịng chảy nhiều pha, q trình nghiên cứu dịng hai pha khí - lỏng sớm phần lớn gắn với công nghiệp lượng khai thác, chế biến vận chuyển dầu khí, cơng nghệ hố học q trình tự nhiên…Tuy vậy, từ năm 1950 trở lại đây, việc nghiên cứu dịng hai pha khí - lỏng bắt đầu tiến hành cách có hệ thống lý thuyết thực nghiệm Tuy nhiên, vấn đề chuyển động môi trường nhiều pha cịn chưa có quan điểm chung thực nghiệm dựa hệ thống đơn giản, với mơi trường chất nước khơng khí điều kiện áp suất khí Chỉ 20 năm gần định hướng khoa học vấn đề phát triển mạnh, hình thành nhiều khái niệm, nguyên tắc nghiên cứu hàng loạt kết có giá trị quan trọng lý thuyết thực nghiệm, động lực học mơi trường nhiều pha nói chung mơi trường hai pha khílỏng nói riêng Trong hỗn hợp này, trình trao đổi nhiệt - chất tượng quan trọng tách rời, trường hợp tồn sóng xung kích lan truyền hỗn hợp Mơi trường hai pha hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hồ tan, ngưng tụ (hay khí khơng hồ tan, không ngưng tụ) lý thú 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 nhiệt vật lý, q trình tương tác pha Tính chất đặc trưng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí trình động lực học xuất hiện tượng biến dạng cục hỗn hợp thay đổi thể tích mơi trường, thay đổi thể tích bọt (bởi tính dễ đàn hồi nó) Khả mức độ xuất tính đàn hồi bọt lại phụ thuộc mạnh vào trao đổi nhiệt khối lượng pha lỏng pha khí Sự xuất đồng thời lượng biến dạng chất lỏng chất khí dẫn tới sóng có cấu trúc khác (sóng có tính chất đơn điệu hay dao động) Ngồi ra, truyền sóng áp suất mơi trường (đặc biệt trường hợp cường độ sóng áp suất khuếch đại cách đột ngột) dẫn đến khả hoà tan ngưng tụ pha khí, từ dẫn đến thay đổi chủ yếu cấu trúc vật lý môi trường Do hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí có tính chất đặc biệt trên, hỗn hợp xuất nhiều lĩnh vực công nghiệp lượng, cơng nghệ hố học, q trình tự nhiên cho nên, hiểu biết tượng xuất sóng áp suất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt (đặc biệt trường hợp cường độ sóng áp suất đột ngột khuếch đại, ví dụ như: sóng áp suất lan truyền hỗn hợp bị phản xạ tường cứng) cần thiết cho phân tích chế độ làm việc độ thiết bị lượng, để phân tích tình hư hỏng đảm bảo an toàn khai thác nhà máy điện nguyên tử, để phân tích tượng xâm thực máy tuốc bin, để sử dụng công nghiệp khai thác, vận chuyển chế biến dầu khí… Sự hiểu biết đắn vấn đề nêu có giá trị quan trọng không nước có cơng nghiệp phát triển như: Anh, Pháp, Mỹ…mà cịn có ý nghĩa với nước có công nghiệp phát triển (nhất cơng nghiệp dầu khí), có Việt Nam Căn vào tình hình phát triển nghiên cứu trình lan truyền sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng - bọt giới nói chung Việt nam nói riêng, mục đích đề thực luận văn này, với tiêu đề: “Phân tích đoạn nhiệt sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần” Mục đích, phạm vi nội dung nghiên cứu a) Mục đích nghiên cứu Căn vào tình hình phát triển nghiên cứu trình lan truyền sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng - bọt giới nói chung Việt nam nói riêng, mục đích đề thực luận văn bao gồm: - Nghiên cứu ảnh hưởng hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần tới vận tốc sóng xung kích sóng lan truyền hỗn hợp - Nghiên cứu tăng áp suất số hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần, sóng xung kích lan truyền hỗn hợp tới tác động vào tường cứng bị phản xạ phía ngược lại - So sánh ảnh hưởng số hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần tới vận tốc truyền sóng tăng áp suất hỗn hợp sóng xung kích lan truyền bị phản xạ tường cứng b) Phạm vi nội dung nghiên cứu: Để giải mục đích luận văn đặt ra, nghiên cứu phạm vi: Không sâu nghiên cứu cấu trúc sóng xung kích, mà coi truyền sóng xung kích truyền mặt gián đoạn hỗn hợp Sau trình bày tổng quan xu hướng phát triển lĩnh vực nghiên cứu q trình sóng xung kích lan truyền hỗn hợp chất lỏng - bọt Luận văn nghiên cứu quy luật chung, phân tích đánh giá quan hệ phụ thuộc đặc trưng sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần khí hịa tan khí khơng hịa tan bị phản xạ tường cứng Dựa sở phân tích hệ thức biểu diễn liên quan tham số trước sau sóng đường đoạn nhiệt, xây dựng mối quan hệ vận tốc sóng tới áp suất phản xạ tường cứng tham số phương trình vi phân Xây dựng chương trình tính để giải phương trình Các kết chương trình tính sử dụng để nghiên cứu ảnh hưởng hỗn hợp chất lỏng đến vận tốc sóng tới, tăng cường độ sóng áp suất bị phản xạ tường cứng hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần, tồn sóng xung kích lan truyền hỗn hợp Phƣơng pháp nghiên cứu Phân tích tượng, xây dựng mơ hình mơ số trị cách giải hệ phương trình thuỷ – nhiệt động lực học phương pháp số Các kết tính tốn thực nghiệm cơng bố tác giả khác sử dụng để kiểm định kết tính tốn mơ hình số trị Ý nghĩa thực tiễn đề tài Ý nghĩa thực tiễn luận văn nằm phát triển phương pháp số, xây dựng thuật tốn chương trình tính tin cậy cho phép nghiên cứu trình đặt máy PC Kết luận văn sử dụng để phân tích tượng xảy hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hai thành phần, có sóng xung kích lan truyền hỗn hợp Chương trình xây dựng luận văn sử dụng để nghiên cứu số tượng khác có liên quan Luận văn thực Trường Đại học Khoa học-Đại học Thái Nguyên hoàn thành với hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn (TrườngĐại học Kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên) Tác giả xin bày tỏlòng biết ơn chân thành sâu sắc tới người hướng dẫn khoa học mình, ngườiđã đặt vấn đề nghiên cứu, dành nhiều thời gian hướng dẫn tận tình giải đápnhững thắc mắc tác giả suốt trình làm luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Khoa học-Đại học Thái Nguyên, Ban Chủ nhiệm Khoa Toán–Tin, giảng viên thamgia giảng dạy, tạo điều kiện tốt để tác giả học tập nghiên cứu.Tác giả muốn gửi lời cảm ơn tốt đẹp tới tập thể Lớp B, cao họcTốn khóa (2014-2016) động viên giúp đỡ tác giả nhiều suốtquátrìnhhọctập.Nhân dịp này, tác giả xin chân thành cảm ơn Trường THPT Đông Thành, Phường Minh Thành, Huyện Yên Hưng, Tỉnh Quảng Ninh tạo điều kiện cho tác giả hoàn thành tốt nhiệm vụ học tập cơng tác Thái Ngun, ngày 20 tháng năm2015 Tácgiả Nguyễn Hữu Quyền 26 áp suất thường (T = 2930K, p0 = 0.1 MPa) Các kết cho thấy, hỗn hợp điều kiện nhiệt độ, áp suất thể tích pha khí giảm vận tốc sóng tới sóng xung kích truyền hỗn hợp chất lỏng chứa bọt mạnh so với hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khơng khí 200 170 D(1) 140 110 80 50 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 ThÓ tÝch pha khÝ Hình Vận tốc sóng tới truyền hỗn hợp nước, dầu thô nitơ lỏng chứa bọt khí hai thành phần (gồm 50% khí hồ tan 50% khí khơng hồ tan), tương ứng với đường cong 1, 2, Với P(1) = 10 Trong hình kết so sánh giảm vận tốc sóng tới hỗn hợp chất lỏng nước, dầu thô nitơ lỏng (riêng hỗn hợp nitơ lỏng tính nhiệt độ 77.350K, p0 = 0.1 MPa) chứa bọt hai thành phần Các kết cho thấy giảm vận tốc sóng tới hỗn hợp nước chứa bọt hai thành phần lớn hỗn hợp dầu nitơ lỏng Như vậy, qua kết nhận được, cho thấy ảnh hưởng mạnh hỗn hợp chất lỏng chất khí chứa hai thành phần đến giảm vận tốc sóng tới sóng xung kích truyền môi trường so với môi trường chất lỏng pha Sự giảm vận tốc sóng tới phụ thuộc vào mơi trường mà truyền qua Sự giảm của vận tốc sóng tới phụ thuộc mạnh vào phần thể tích pha khí hỗn hợp Trong hỗn hợp, giữ nguyên thể tích pha khí, thay đổi khối lượng thành phần khí pha 27 khí, đó, tăng khối lượng khí hồ tan ngưng tụ bọt vận tốc sóng tới truyền hỗn hợp giảm Các số liệu trình bày bảng cho thấy giảm mạnh vận tốc truyền sóng, phụ thuộc vào phần thể tích pha khí hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần (với tỷ lệ thành phần pha khí 1:1) D(1) (m/s) D(1) (m/s) D(1) (m/s) trong hỗn hợp nước hỗn hợp dầu thô hỗn hợp nitơ lỏng 1500 1250 867 0.001 818.544 812.374 678.921 0.005 420.172 447.118 425.732 0.01 303.842 327.599 321.672 0.05 141.022 153.792 155.544 0.1 102.661 112.124 113.851 0.2 77.072 84.235 85.680 0.3 67.292 73.557 74.845 0.4 62.949 68.812 70.00 Thể tích pha khí  20  Bảng Một số số liệu tính tốn giá trị vận tốc sóng tới hỗn hợp nước, dầu thô nitơ lỏng vào thể tích pha khí 20 3.3 Sự tăng áp suất sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần bị phản xạ tƣờng cứng Để nghiên cứu ảnh hưởng tham số hỗn hợp chất lỏng chứa bọt gồm hai thành phần tới tăng áp suất sóng xung kích bị phản xạ tường cứng, số mơ hình chất lỏng chứa bọt hai thành phần đưa thực như: nước, dầu thô nitơ lỏng Trong phần với mục đích nghiên cứu để thấy rõ tính chất phi tuyến vật lý mạnh mơi trường lỏng – bọt, luận văn trình bày kết nghiên cứu 28 số tăng áp suất hỗn hợp sóng xung kích bị phản xạ tường cứng Sự tăng áp suất phụ thuộc vào biến số không thứ nguyên như: - Dung tích riêng pha khí  20 hỗn hợp, có thay đổi tỷ lệ thành phần khí hồ tan khí khơng hồ tan pha khí - Cường độ khơng thứ ngun sóng tới P 1 3.3.1 Hỗn hợp nước chứa bọt khơng khí Khi nghiên cứu tính tốn khuếch đại sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào dung tích pha khí  20 cường độ khơng thứ ngun sóng tới P 1 , với môi trường khảo sát hỗn hợp nước chứa bọt nước khơng khí sử dụng nhiệt độ áp suất thường (T = 2930K, p0 = 0.1 MPa) (trục thẳng đứng chia theo tọa độ logarit) 100 p(2)/ p(1) 10 1 0.1 0.2 0.3 0.4 ThÓ tÝch pha khÝ Hình Sự tăng áp suất hỗn hợp sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào thể tích pha khí 20 Các đường cong liên tục – mô tả tăng áp suất tương ứng với pha khí gồm bọt chứa (100% khơng khí), 35, 55, 80 100% nước Với P(1) = 10 Trên hình biểu đồ biểu diễn khuếch đại sóng xung kích   1 bị phản xạ tường cứng p / p phụ thuộc vào phần thể tích  20 pha khí, tương ứng với giá trị áp suất sóng tới P(1) = 10 P(1) = 29 100 p(2)/ p(1) 10 1 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 ThĨ tÝch pha khÝ Hình Sự tăng áp suất hỗn hợp sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào thể tích pha khí 20 Các đường cong liên tục – mô tả tăng áp suất tương ứng với pha khí gồm bọt chứa (100% khơng khí), 35, 55, 80, 92 100% nước Với P(1) = Các kết nhận hình 6, số số liệu tính tốn dẫn bảng (a, b) cho thấy ảnh hưởng lớn dung tích pha khí tới áp suất phản xạ tường: cường độ áp suất phản xạ tường tăng pha khí hỗn hợp tăng Đồng thời hỗn hợp có thể tích pha khí cường độ áp suất phản xạ tường tăng khối lượng nước tăng pha khí p 2  / p 1  20 (a) (Trường hợp P 1 10 ) 0% 35% 55% 80% 100% 0.01 4.273 4.547 4.727 4.979 5.206 0.05 6.776 7.825 8.594 9.780 10.947 0.1 7.875 9.572 10.932 13.208 15.627 0.2 8.799 11.321 13.594 17.926 23.167 0.3 9.225 12.263 15.236 21.552 30.191 0.4 9.468 12.858 16.385 24.637 37.410 30 p 2  / p 1  20 (Trường hợp P 1  ) 0% 35% 55% 80% 100% 0.01 3.866 4.458 4.943 5.782 6.722 0.05 4.655 5.885 7.139 10.007 14.410 0.1 4.822 6.265 7.870 12.185 20.645 0.2 4.917 6.502 8.380 14.304 30.671 0.3 4.951 6.590 8.584 15.415 39.995 0.4 4.968 6.635 8.693 16.106 49.564 (b) Bảng Một số số liệu tính tốn giá trị áp suất phản xạ nhận tường cứng phụ thuộc vào thể tích pha khí 20 thành phần khí pha khí, trường hợp P(1) = 10 (bảng a) P(1) = (bảng b) 10 p(2)/ p(1) 1 10 100 p(1)/ p0 Hình Sự tăng áp suất hỗn hợp sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào cường độ sóng tới P(1) Các đường cong liên tục từ – mô tả tăng áp suất tương ứng với hỗn hợp tích pha khí  20 0.00001, 0.001, 0.0025, 0.005, 0.01, 0.025 0.05 (trong thành phần pha khí gồm 60% nước 40% khơng khí) Trong hình biểu đồ biểu diễn tăng áp suất sóng xung kích sau phản xạ tường cứng phụ thuộc vào cường độ sóng tới P 1 , giá trị 31 1 cường độ sóng tới p tăng từ 0.1 – 10 MPa Đường cong liên tục hình xem biểu diễn khuếch đại sóng áp suất mơi trường nước ngun chất Qua kết nhận hình cho thấy tính chất phi tuyến vật lý mạnh môi trường lỏng – bọt thay đổi cường độ áp suất sóng tới, tăng thể tích pha khí hỗn hợp cường độ áp suất phản xạ phụ thuộc mạnh vào cường độ sóng tới Nhận xét thấy rõ so sánh kết biểu diễn đường cong (là kết tăng áp suất mơi trường xem pha - nước nguyên chất) đường cong lại hình 10 (là kết tăng áp suất pha khí có phần thể tích hỗn hợp không lớn) Như vậy, biểu đồ nén đoạn nhiệt trình bày cho thấy hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hai thành phần khí hồ tan, ngưng tụ (hơi nước) khí khơng hồ tan, khơng ngưng tụ (khơng khí) có tính chất phi tuyến vật lý mạnh độ nén môi trường bị giảm đột ngột giảm dung tích pha khí Điều dẫn đến tăng bất thường áp suất hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần tồn sóng xung kích dừng lan truyền hỗn hợp tới tường cứng bị phản xạ ngược lại từ Trong trường hợp tính tốn tăng áp suất hỗn hợp thay đổi thành phần khí pha khí, giá trị áp suất phản xạ tăng tăng khối lượng thành phần pha khí Đặc biệt, giá trị lớn pha khí chứa 100% nước (khí hịa tan), trường hợp sau sóng phản xạ, hỗn hợp trở thành môi trường pha Như tăng thành phần khí hồ tan pha khí q trình trao đổi nhiệt – chất hỗn hợp tăng, điều ảnh hưởng tới tăng áp suất phản xạ 3.3.2 Hỗn hợp dầu thơ chứa bọt gồm khí hồ tan khí khơng hịa tan Sử dụng mơi trường khảo sát hỗn hợp dầu thô chứa bọt hai thành phần khí hồ tan khơng hồ tan nhiệt độ áp suất thường (T = 32 2930K, p0 = 0.1 MPa) để nghiên cứu tính tốn tăng áp suất hỗn hợp sóng xung kích bị phản xạ tường cứng Từ tăng áp suất phụ thuộc vào dung tích pha khí  20 cường độ khơng thứ nguyên sóng tới P 1 p(2)/ p(1) 100 10 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 ThÓ tÝch pha khÝ Hình Sự tăng áp suất hỗn hợp dầu thơ sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào thể tích pha khí 20 Các đường cong liên tục – mô tả tăng áp suất tương ứng với pha khí gồm bọt chứa (100% khí khơng hịa tan), 35, 55, 80 100% khí hịa tan Với P(1) = 10 Các kết nhận hình cho thấy ảnh hưởng lớn dung tích pha khí tới áp suất phản xạ tường: cường độ áp suất phản xạ tường tăng mạnh thể tích pha khí hỗn hợp tăng Đồng thời hỗn hợp có thể tích pha khí cường độ áp suất phản xạ tường tăng khối lượng khí hồ tan tăng pha khí 33 p(2)/ p(1) 1 10 p(1)/ 100 p0 Hình 10 Sự tăng áp suất hỗn hợp dầu thơ sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào cường độ sóng tới P(1) Các đường cong liên tục từ – mô tả tăng áp suất tương ứng với hỗn hợp tích pha khí  20 0.00001, 0.001, 0.0025, 0.005, 0.01, 0.025 0.05 (trong pha khí gồm 60% khí hịa tan 40% khí khơng hịa tan) Trong hình 10 biểu đồ biểu diễn tăng áp suất sóng xung kích sau phản xạ tường cứng phụ thuộc vào cường độ sóng tới P(1), đâygiá trị cường độ sóng tới p(1) tăng từ 0.1 – 10 MPa Đường cong liên tục hình xem biểu diễn tăng cường độ áp suất phản xạ mơi trường hồn tồn dầu thơ Qua kết nhận hình 10 cho thấy tính chất phi tuyến mạnh môi trường lỏng – bọt thay đổi cường độ áp suất sóng tới Nhận xét thấy rõ so sánh kết biểu diễn đường cong (là kết nhận tăng áp suất hỗn hợp có phần thể tích pha khí nhỏ nên xem mơi trường đồng pha) đường cong cịn lại hình 10 (là kết tăng áp suất môi trường pha khí tích hỗn hợp không lớn) 34 p 1 p0 1.4 1.6 p 2  / p0  20 Thể tích khí hịa tan pha khí (%) 97% 98% 98.5% 99% 100% 0.05 6.530 8.250 9.581 11.430 17.705 0.1 6.818 8.927 10.734 13.488 25.128 0.05 11.206 13.499 15.009 16.831 21.572 Bảng Một số số liệu tính tốn giá trị áp suất phản xạ nhận tường cứng phụ thuộc vào thể tích pha khí 20 thành phần khí pha khí mơi trường dầu thơ Bảng kết cho thấy ảnh hưởng đáng kể thể tích pha khí hỗn hợp tỷ lệ thành phần khí hịa tan pha khí lên cường độ áp suất hỗn hợp dầu thô bị phản xạ tường cứng 3.4 So sánh kết tính tốn hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hai thành phần Trên luận văn trình bày ảnh hưởng hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần đến vận tốc sóng tới đặc biệt tới tăng áp suất hỗn hợp sóng xung kích lan truyền bị phản xạ tường cứng Sự tăng áp suất hỗn hợp phụ thuộc vào dung tích pha khí hỗn hợp  20 cường độ không thứ nguyên sóng tới P 1 Trong hình 11 và12 trình bày kết so sánh khuếch đại sóng áp suất bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào  20 hỗn hợp nước dầu thô P 1 35 100 p(2)/ p(1) 2 10 1 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 ThĨ tÝch pha khÝ Hình 11 Kết so sánh tăng cường độ áp suất hỗn hợp sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào phần thể tích pha khí  20 Các đường cong 1, tương ứng với hỗn hợp nước dầu thô với tỷ lệ thành phần khí khác nhautrong pha khí 10 p(2)/ p(1) 2 1 10 100 p(1)/ p0 Hình 12 Kết so sánh tăng cường độ áp suất hỗn hợp sóng xung kích bị phản xạ tường cứng phụ thuộc vào cường độ sóng tới P 1 Các đường cong 1, tương ứng với hỗn hợp nước dầu thô với thành phần khí khác pha khí, thể tích pha khí hỗn hợp  20  0.01 36 Trong hình 11 12, đường cong liên tục đậm tương ứng với hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hịa tan; đường cong liên tục mảnh có mang hình thoi nhỏ tương ứng với hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí, 55% khí hồ tan 45% khí khơng hịa tan;cịn đường cong liên tục mảnh tương ứng với hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí khơng hịa tan Các kết cho thấy tăng cường độ sóng xung kích bị phản xạ tường cứng hỗn hợp nước chứa bọt hai thành phần lớn so với hỗn hợp dầu thơ nitơ lỏng chứa bọt khí gồm hai thành phần 3.5 Nhận xét Dựa sở phân tích hệ thức biểu diễn liên quan tham số trước sau sóng đường đoạn nhiệt, xây dựng mối quan hệ vận tốc sóng tới áp suất phản xạ tường cứng tham số hệ phương trình vi phân Để giải phương trình này, xây dựng chương trình tính cho q trình nén đoạn nhiệt hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần Chương trình kiểm chứng so sánh với kết thực nghiệm vận tốc sóng tới với kết tính tính tốn áp suất phản xạ tường cứng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hịa tan khơng hịa tan Căn vào kết tính tốn nghiên cứu, đưa nhận xét sau: Tương tự truyền sóng chất lỏng bọt nói chung, vận tốc sóng áp suất giảm mạnh sóng xung kích tác động vào hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hai thành phần so với chất lỏng đồng pha Đối với hỗn hợp, vận tốc sóng áp suất giảm mạnh tăng khối lượng khí hồ tan pha khí Trong ba hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hai thành phần nước, dầu thơ nitơ lỏng, chúng có phần thể tích pha khí tỷ lệ thành phần pha khí, vận tốc sóng áp suất hỗn hợp nước giảm mạnh hỗn hợp dầu thô nitơ lỏng 37 Sự tăng áp suất hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hai thành phần sóng xung kích bị phản xạ tường cứng, phụ thuộc vào dung tích riêng pha khí  20 , cường độ khơng thứ ngun sóng tới P 1 Giá trị cường độ áp suất phản xạ tường cứng tăng mạnh đại lượng  20 P 1 tăng Trong hỗn hợp khác nhau, khác tham số vật lý nhiệt, như: 100 ,  200 , c1 , T0 , B , l , nên dẫn tới trình trao đổi nhiệt - chất hỗn hợp khác nhau, từ thu nhận kết vận tốc sóng tới giá trị áp suất phản xạ tường cứng khác Đối với hỗn hợp, giá trị áp suất phản xạ nhận tường cứng tăng khối lượng khí hồ tan tăng pha khí Giá trị áp suất phản xạ tường cứng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hồ tan (hoặc khơng hồ tan) giá trị lớn (hoặc nhỏ nhất) so với giá trị áp suất phản xạ tường cứng hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hai thành phần khí hịa tan khơng hịa tan Như vậy, sóng xung kích truyền hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hai thành phần bị phản xạ tường cứng, làm cho độ nén môi trường bị giảm đột ngột mà nguyên nhân thể tích pha khí hỗn hợp bị giảm Chính từ điều làm thay đổi mạnh cấu trúc mơi trường tính co nén nó, nên dẫn tới tăng bất thường áp suất môi trường 38 KẾT LUẬN Trên sở nghiên cứu tổng quan tài liệu tham khảo giới nước vấn đề liên quan tới đề tài đặt ra, luận văn lựa chọn mơ hình, xây dựng thuật tốn chương trình tính phù hợp, để nghiên cứu, phân tích số q trình lan truyền sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hai thành phần Khi khơng quan tâm tới cấu trúc sóng xung kích, mà xem truyền sóng truyền mặt gián đoạn hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí hai thành phần, dựa sở phân tích hệ thức biểu diễn liên quan tham số trước sau sóng đường đoạn nhiệt, xây dựng mối quan hệ vận tốc sóng tới áp suất phản xạ tường cứng tham số hệ phương trình vi phân Để giải phương trình này, xây dựng chương trình tính, kết tính tốn rằng: - Tương tự truyền sóng chất lỏng - bọt nói chung, vận tốc sóng áp suất hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần nhỏ nhiều so với vận tốc sóng chất lỏng pha đồng - Trong hỗn hợp, ngun thể tích pha khí, vận tốc sóng giảm tăng khối lượng khí hịa tan pha khí - Cường độ sóng áp suất hỗn hợp bị phản xạ tường cứng phụ thuộc mạnh vào dung tích riêng pha khí vào cường độ sóng tới, dung tích riêng pha khí cường độ sóng tới tăng cường độ áp suất phản xạ tăng - Trong hỗn hợp, tăng khối lượng khí hịa tan pha khí giá trị áp suất phản xạ tăng 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2001), “Một số kết sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần”, Tuyển tập hội nghị khoa học toàn quốc Cơ học kỹ thuật, Hà Nội, pp 82 - 87 LanĐau L.D & Lifsitx E.M (2001), Thủy động lực học, Nxb Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Nguyễn Văn Tuấn (2004), “Sự truyền sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chất khí hai thành phần”, Đề tài NCKH, Bộ giáo dục Đào tạo Xê Đôp L.I (1977), Cơ học môi trường liên tục, Nxb ĐH & THCN, Hà Nội Duong Ngoc Hai and Nguyen Van Tuan (2000), “Shock adiabat analysis for the mixture of liquid and gas two components”, J MechanicsVol 22, No 2, pp 101-110 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 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 Korabelnikop A.V (1977), “Experimental Study of Pressure Disturbance Propagation in Vapour-Liquid Media” in: Thermophysical Investigation, Institute of Thermophysics SD Academy of Sciences of the USSR, Novosibirsk, pp.47-51 Kwidzinki R., Karda D and Pribaturin N.A (1998), “Experimental 40 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 10.Nigmatulin R.I., Khabeev N.S and Duong Ngoc Hai (1988), “Waves in liquid with vapour bubbles” , J.Fluid Mech., Vol 186, pp 85-117 ... CHẤT LỎNG VÀ CHẤT KHÍ HAI THÀNH PHẦN Khảo sát q trình sóng xung kích tác động vào hỗn hợp chất lỏng hai pha gồm: pha pha phân tán, pha chất lỏng (giả thiết nén được), pha phân tán (gọi pha khí) ... phần thể tích pha khí hỗn hợp, tỷ lệ thành phần khí pha khí cường độ áp suất sóng tới hỗn hợp chất lỏng - chất khí hai thành phần, đến vận tốc sóng tới khả tăng áp suất hỗn hợp, sóng xung kích lan... tích pha khí  20  Bảng Một số số liệu tính tốn giá trị vận tốc sóng tới hỗn hợp nước, dầu thơ nitơ lỏng vào thể tích pha khí 20 3.3 Sự tăng áp suất sóng xung kích hỗn hợp chất lỏng chất khí