SÓNG NGẮN TRONG HỖN HỢP NƯỚC SÔI CHỨA BỌT HƠI
Các kết quả trên các hình 13, 14 và 15 biểu diễn quá trình tương tác giữa sóng dài và sóng ngắn, khi phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp nhận các giá trị 201;3 và 5% tương ứng. Trong các trường hợp này, sóng dài có cường độ pe 0.16 MPa và sóng ngắn (xung áp suất) có cường độ Pmax 0.6
(trong đó 0 0 max max p p p P
) với khoảng thời gian tác dụng của xung áp suất
ms t
t
t0 1 21 , bán kính bọt trong hỗn hợp R01mm.
Các kết quả biểu diễn trên hình 14 là trường hợp hỗn hợp có phần thể tích pha hơi 20 1%. Các đường cong từ 1-14 là các profil áp suất tương ứng với các 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 và 3.47 ms. Từ các kết quả nhận được và biểu diễn trên hình có thể thấy áp suất từ hai đầu của ống lan truyền vào và tương tác nhau, tại vùng tương tác, áp suất trong hỗn hợp được tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại trong hỗn hợp nhận được vào khoảng 0.234 MPa.
0.5 1 1.5 2 2.5 0 100 200 300 400 500 mm P / P o 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14
Hình 13: Quá trình tương tác sóng giữa sóng dài có cường độ
MPa
pe 0.16 và sóng ngắn có cường độ Pmax 0.6 trong hỗn hợp có thể tích pha hơi 20 1%.
0.5 1 1.5 2 2.5 0 100 200 300 400 500 mm P / Po 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Từ các kết quả nhận được trên hình 14, khi hỗn hợp có phần thể tích pha hơi 20 3%, các đường cong từ 1-12 là các profil áp suất tương ứng với các 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 và 6.02 ms. Có thể thấy tại vùng tương tác, áp suất trong hỗn hợp được tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận được vào khoảng 0.224 MPa.
0.5 1 1.5 2 2.5 0 100 200 300 400 500 mm P / Po 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 14 13
Hình 14: Quá trình tương tác sóng giữa sóng dài có cường độ
MPa
pe 0.16 và sóng ngắn có cường độ Pmax0.6 trong hỗn hợp có thể tích pha hơi 20 3%.
Hình 15: Quá trình tương tác sóng giữa sóng dài có cường độ MPa
pe 0.16 và sóng ngắn có cường độ Pmax0.6 trong hỗn hợp có thể tích pha hơi 20 5%.
Các kết quả biểu diễn trên hình 15 là trường hợp hỗn hợp có phần thể tích pha hơi 20 5%. Các đường cong từ 1-14 là các profil áp suất tương ứng với các 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 và 7.88 ms. Từ các kết quả nhận được, có thể thấy tại vùng tương tác, áp suất trong hỗn hợp được tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận được vào khoảng 0.214 MPa.
Từ các kết quả nhận được trên đây, có thể thấy khi tăng phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp thì giá trị cực đại của áp suất trong hỗn hợp giảm (khi thể tích của pha hơi 20 = 1, 3 và 5 % thì áp suất cực đại trong hỗn hợp nhận được tườg ứng là 0.234, 0.224 và 0.214 MPa tương ứng). Đồng thời, thời gian nhận được giá trị cực đại của áp suất trong hỗn hợp tăng lên.
Các kết quả trên các hình 16, 17 và 18 biểu diễn quá trình tương tác giữa sóng dài và sóng ngắn khi phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp nhận các giá trị 201;3 và 5% tương ứng. Trong các trường hợp này, các điều kiện ban đầu, các điều kiện biên và các tham số vật chất của hỗn hợp được giữ nguyên như các trường hợp trên, nhưng thay đổi cường độ của sóng dài, trong trường hợp này pe 0.2 MPa.
Trên hình 16, các đường cong từ 1-14 là các profil áp suất tương ứng với các 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 và 3.11 ms. Từ các kết quả nhận được có thể thấy tại vùng tương tác, áp suất trong hỗn hợp được tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận được vào khoảng 0.398 MPa. Đồng thời, có thể thấy, khi tăng cường độ của áp suất tác động vào hỗn hợp, thì cấu trúc của sóng đã xuất hiện dao động.
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 0 100 200 300 400 500 mm P / P o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 13 12 14 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 100 200 300 400 500 mm P / P o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Trên hình 17, các đường cong từ 1-13 là các profil áp suất tương ứng với các 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 và 5.19 ms. Các kết quả biểu diễn trên hình 5 là trường hợp hỗn hợp có phần thể tích pha hơi 20 3%. Từ các kết quả nhận được có thể thấy tại vùng tương tác, có thời điểm áp suất cực đại nhận được vào khoảng 0.379 MPa.
Trên hình 18, các đường cong từ 1-13 là các profil áp suất tương ứng với các khoảng thời gian: t = 0.49; 1.17; 2.01; 2.89; 3.87; 4.47; 6.02; 6.26; 6.41;
Hình 16: Quá trình tương tác sóng giữa sóng dài có cường độ
MPa
pe 0.2 và sóng ngắn có cường độ Pmax0.6 trong hỗn hợp có thể tích pha hơi 201%.
Hình 17: Quá trình tương tác sóng giữa sóng dài có cường độ
MPa
pe 0.2 và sóng ngắn có cường độ Pmax0.6 trong hỗn hợp có thể tích pha hơi 20 3%.
6.56; 6.65; 6.7 và 6.75 ms. Trong trường hợp này, hỗn hợp có phần thể tích pha hơi 20 5%. Từ các kết quả nhận được có thể thấy tại vùng tương tác, áp suất trong hỗn hợp được tăng cao, có thời điểm áp suất cực đại nhận được vào khoảng 0.341 MPa.
0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 100 200 300 400 500 mm P / Po 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Từ các kết quả nhận được biểu diễn trên các hình từ 13 - 18, có thể thấy khi tăng phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp thì giá trị cực đại của áp suất trong hỗn hợp trong quá trình tương tác giảm. Điều này có thể lý giải, khi phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp càng tăng thì sự giảm cường độ của sóng áp suất truyền trong hỗn hợp càng lớn. Do đó, khi tăng phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp thì giá trị của áp suất cực đại nhận được trong quá trình tương tác sóng giảm. Đồng thời, thời gian nhận được giá trị cực đại của áp suất trong hỗn hợp tăng lên, do vận tốc truyền sóng trong hỗn hợp giảm. Hiện tượng này xảy ra là do khi sóng áp suất, đặc biệt xung áp suất truyền trong hỗn hợp cường độ sóng của nó đã bị giảm, nguyên nhân quan trọng dẫn tới tình trạng này là do ảnh hưởng của quá trình trao đổi nhiệt - chất giữa các pha trong hỗn hợp.
Hình 18: Quá trình tương tác sóng giữa sóng dài có cường độ
MPa
pe 0.2 và sóng ngắn có cường độ Pmax 0.6 trong hỗn hợp có thể tích pha hơi 20 5%.
KẾT LUẬN
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về quá trình lan truyền của sóng dài và sóng ngắn, quá trình tương tác giữa sóng ngắn với sóng ngắn trong các hỗn hợp lỏng - hơi như: môi trường nước chứa bọt hơi và nitơ lỏng chứa bọt hơi có thể rút ra được một số kết luận như sau:
Trong quá trình tương tác giữa sóng ngắn và sóng ngắn trong các hỗn hợp, có thể thấy trong giai đoạn đầu là sự lan truyền đi vào của hai sóng đơn, khi tương tác sẽ cộng hưởng thành một sóng và sau đó có xu hướng được tách thành hai sóng lan truyền ngược nhau trong hỗn hợp.
Trong quá trình tương tác sóng đã cho thấy rõ bản chất phi tuyến vật lý mạnh của các môi trường lỏng – hơi. Có thể thấy, áp suất trong hỗn hợp tại thời điểm tương tác sóng đều lớn hơn hai lần giá trị so với giá trị tuyến tính.
Trong cả hai trường hợp tương tác giữa sóng ngắn và sóng ngắn, sóng dài và sóng ngắn giá trị cực đại của áp suất nhận được thuộc mạnh vào phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp và khoảng cách lan truyền của sóng xung kích trong ống khảo sát. Khi tăng phần thể tích của pha hơi trong hỗn hợp hay tăng khoảng cách lan truyền của sóng xung kích thì giá trị của áp suất cực đại nhận được trong quá trình tương tác sóng giảm. Đồng thời, thời gian nhận được giá trị cực đại của áp suất trong hỗn hợp tăng lên, do vận tốc truyền sóng trong hỗn hợp giảm. Ngoài ra, giá trị của áp suất cực đại thu nhận được cũng phụ thuộc vào cường độ ban đầu của sóng, nếu Pmaxcàng lớn thì giá trị cực đại của áp suất trong hỗn hợp càng lớn.
Quá trình trao đổi nhiệt - chất giữa các pha trong các hỗn hợp khác nhau nên tốc độ lan truyền của xung áp suất trong hỗn hợp khác nhau. Quá trình trao đổi nhiệt – chất của hỗn hợp tăng thì tốc độ lan truyền của sóng trong hỗn hợp giảm. Do vậy, tính chất vật lý nhiệt của hỗn hợp ảnh hưởng mạnh đến động học sóng của môi trường.
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Trong nội dung của luận văn, dựa trên cơ sở hệ phương trình thủy nhiệt động lực học với việc sử dụng thuật toán và chương trình tính phù hợp đã nghiên cứu quá trình lan truyền của sóng xung kích trong một số môi trường lỏng – hơi như: Hỗn hợp nước chứa bọt hơi, nitơ lỏng, dầu và hỗn hợp fereon 21 chứa bọt hơi, đã chỉ ra được tính chất phi tuyến tính phân tán và hao tán năng lượng của các môi trường đặc biệt này. Tuy nhiên, bức tranh toàn cảnh của các quá trình sóng trong môi trường lỏng – hơi còn rất nhiều vấn đề phức tạp mà hiện nay các nhà khoa học trên thế giới và trong nước rất quan tâm, ví dụ như: Phân tích chế độ làm việc của các trạm năng lượng, phân tích những điều kiện hư hỏng và đảm bảo sự an toàn khi khai thác các nhà máy điện nguyên tử, nghiên cứu hiện tượng xâm thực tại cánh tuốc bin của nhà máy thủy điện hay các hiện tượng sóng va trong hệ thống truyền dẫn thủy lực … Đó cũng là những vấn đề có thể và cần thiết nghiên cứu tiếp theo theo hướng của đề tài này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. LanĐau L.D. & Lifsitx E.M. (2001), Thuỷ động lực học, NXB KH & KT, Hà Nội.
2. Xê Đôp L.I (1977), Cơ học môi trường liên tục, NXBĐH & THCN, Hà Nội
3. Dương Ngọc Hải (1987), “Sóng xung kích trong hỗn hợp dị thể lỏng với chất khí hoặc hơi”, Tạp chí Cơ học, 9(4), pp. 3- 8.
4. Dương Ngọc Hải (2001), “Năng lượng nguyên tử - an toàn hạt nhân và một số vấn đề nhiệt thuỷ học”, Tuyển tập hội nghị khoa học toàn quốc về Cơ học kỹ thuật, HàNội, pp. 68 - 74.
5. Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002), “Hiện tượng sóng va trong hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tập công trình hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 7, Hà Nội, pp. 177 - 184 .
6. Dương Ngọc Hải, Nguyễn Văn Tuấn (2002), “Sóng phản xạ bởi tường cứng và tương tác sóng trong một số hỗn hợp lỏng - hơi”, Tuyển tập Công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ 7, Hà Nội, pp. 165 - 176.
7. Nguyễn Văn Tuấn, Dương Ngọc Hải (2006) “ Quá trình lan truyền và tương tác của các sóng ngắn trong một số hỗn hợp lỏng-hơi” , Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học Thủy khí Toàn quốc, Vũng tàu , 26- 28/7/2006 .pp.515-526.
8. Nguyễn Thị Hoa (2007) “Nghiên cứu số về trao đổi Nhiệt - Chất trong truyền sóng và quá trình tương tác giữa các sóng xung kích trong một số hỗn hợp Lỏng - Hơi.” Luận văn thạc sĩ kỹ thuật, trường đại học kỹ thuật công nghiệp 11/2007
9. Trần Quốc Nghị (2011), “Nghiên cứu quá trình lan truyền của sóng áp suất trong hỗn hợp chất lỏng hai pha” Luận văn thạc sĩ Toán học ứng
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 Non- Newtonian 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 Heat- Mass 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.
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.