Nghiên cứu quá trình lan truyền của sóng áp suất trong hỗn hợp chất lỏng hai pha

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

TRẦN QUỐC NGHỊ

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN CỦA
SÓNG ÁP SUẤT TRONG HỖN HỢP
CHẤT LỎNG HAI PHA
Chuyên ngành: Toán ứng dụng
Mã số: 60.46.36

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC TOÁN HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn

Thái Nguyên – 2011
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Công trình được hoàn thành tại trường Đại học Khoa học,
Đại học Thái Nguyên

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn

Phản biện 1:…………………………………………….
Phản biện 2:…………………………………………….

Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại:

Trường đại học khoa học
vào hồi …. giờ …. ngày ….tháng …. năm 2011

Có thể tìm hiểu luận văn tại trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên
và thư viện trường Đại học Khoa học, khoa Toán học

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN

1.
Nguyễn Văn Tuấn, Trần Quốc Nghị, Nguyễn Thị Bích Ngọc “ Một số kết
quả nghiên cứu về hiện tượng khuếch đại cường độ của sóng xung kích trong
hỗn hợp chất lỏng hai pha” Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái
Nguyên 2011 (đã được nhận đăng)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




1

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được hoàn thành tại Trường Đại học Khoa học, Đại học
Thái Nguyên dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Văn Tuấn. Tác giả xin
bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy về sự tận tình hướng dẫn
trong suốt thời gian tác giả làm luận văn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy, các cô, Ban giám hiệu nhà
trường, Ban chấp hành Đoàn, các đồng nghiệp cùng công tác trong cơ quan đã
luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất giúp đỡ tác giả trong thời gian học tập và
làm luận văn cao học.
Xin chân thành cảm ơn anh chị em học viên cao học và bạn bè đồng
nghiệp gần xa đã trao đổi, động viên và khích lệ tác giả trong quá trình học
tập, nghiên cứu và làm luận văn.
Luận văn sẽ không hoàn thành được nếu không có sự thông cảm, giúp
đỡ của những người thân trong gia đình tác giả. Đây là món quà tinh thần, tác
giả xin kính tặng gia đình thân yêu của mình với tấm lòng biết ơn chân thành
và sâu sắc.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




2

MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

B

Hằng số khí.

j, n

Cường độ chuyển pha, số lượng bọt.

p, p0 , pi Áp suất hỗn hợp, áp suất ban đầu, áp suất của pha thứ i.
pe

Cường độ sóng xung kích ban đầu.

R, a

Bán kính cảu bọt.

R0 , a0

Bán kính ban đầu của bọt.

T , T0 , Ti

Nhiệt độ hỗn hợp, nhiệt độ ban đầu, nhiệt độ pha i.

t

Thời gian.

v, vi

Vận tốc của hỗn hợp, vận tốc pha i.

W1

Vận tốc hướng kính của chất lỏng chuyển động xung quanh bọt.

W1

Vận tốc màng bọt.

 ,

Đại lượng không thứ nguyên của mật độ, nhiệt độ.

P, W

Đại lượng không thứ nguyên của áp suất và vận tốc màng bọt.

i

Phần thể tích của pha i trong hỗn hợp.

i0

Phần thể tích ban đầu của pha i.

, 

Hệ số sức căng bề mặt, tọa độ Lagrange.

i , 

Mật độ của pha i, mật độ của hỗn hợp.

i0 , 0

Mật độ thực của pha i, mật độ ban đầu của hỗn hợp.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




3

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................................... 1
MỘT SỐ KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ............................................................................... 2
MỤC LỤC ................................................................................................................................ 3
LỜI MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ................................................................................................... 8
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 12
2.1 Hệ phương trình thủy - nhiệt động lực học cho môi trường hai pha lỏng hơi ...... 12
2.1.1 Xây dựng mô hình.................................................................................................12
2.1.2. Hệ phương trình cơ sở. ........................................................................................12
2.1.3. Điều kiện đầu và điều kiện biên ..........................................................................24
2.2. Phương pháp giải số.................................................................................................. 24
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN VÀ
KHUẾCH ĐẠI CỦA SÓNG XUNG KÍCH TRONG CÁC HỖN HỢP CHẤT LỎNG
CHỨA BỌT HƠI .................................................................................................................. 29
3.1 Một số kết quả nghiên cứu quá trình lan truyền của sóng xung kích trong các
hỗn hợp chất lỏng chứa bọt hơi ....................................................................................... 29

3.1.1 Quá trình lan truyền của sóng xung kích trong hỗn hợp nước chứa bọt hơi ..... 29
3.1.2 Quá trình lan truyền của sóng xung kích trong môi trường dầu. ....................... 33
3.1.3 Quá trình lan truyền của sóng xung kích trong môi trường freon21 ................. 37
3.1.4 Quá trình lan truyền của sóng xung kích trong môi trường nitơ lỏng chứa bọt
hơi ....................................................................................................................................... 40
3.2. Một số kết quả về hiện tượng khuếch đại cường độ của sóng xung kích trong
hỗn hợp chất lỏng hai ....................................................................................................... 44
KẾT LUẬN ............................................................................................................................ 56
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO .................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 59

PHỤ LỤC ........................................................................................................ 62

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




4

LỜI MỞ ĐẦU
Hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí là một môi trường hai pha rất phức
tạp. Môi trường này thường gặp nhiều trong các quá trình tự nhiên, trong
công nghệ hoá học, đồng thời chúng cũng được ứng dụng rất nhiều trong các
ngành công nghiệp năng lượng như: khai thác, vận chuyển và chế biến dầu
khí...Tuy nhiên, chỉ từ 1950 trở lại đây, việc nghiên cứu về dòng hai pha lỏngkhí mới được tiến hành một cách có hệ thống cả về lý thuyết và thực nghiệm.
Trong các hỗn hợp này thì quá trình trao đổi nhiệt - chất là một trong những
hiện tượng quan trọng không thể tách rời, nhất là trong trường hợp tồn tại
sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp.
Môi trường hỗn hợp hai pha có tính chất đặc biệt ở chỗ trong hỗn hợp

do có sự kết hợp các tính chất phi tuyến vật lý mạnh, sự tán sắc và quá trình
hao tán năng lượng nên biểu đồ mô tả các sóng có nhiều dạng. Chính vì vậy,
khi thay đổi các điều kiện thuỷ động lực sẽ dẫn đến sự thay đổi cấu trúc về
sóng, các tính chất vật lý nhiệt, và các quá trình tương tác giữa các pha. Tính
chất đặc trưng của hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí trong các quá trình động
lực học là sự xuất hiện biến dạng cục bộ của hỗn hợp khi thay đổi thể tích môi
trường do sự thay đổi thể tích của bọt. Khả năng mức độ co nén của bọt phụ
thuộc mạnh vào sự trao đổi nhiệt và khối lượng giữa pha lỏng và pha khí. Sự
xuất hiện đồng thời những năng lượng do biến dạng này sẽ dẫn tới sóng có
cấu trúc khác nhau. Ngoài ra, sự truyền sóng áp suất trong những môi trường
như vậy cũng dẫn đến khả năng hoá hơi và ngưng tụ của pha khí, từ đó dẫn
đến sự thay đổi chủ yếu cấu trúc của môi trường.
Do hỗn hợp chất lỏng chứa bọt khí có tính chất đặc biệt như trên hơn
nữa đây là hỗn hợp xuất hiện rất nhiều trong các lĩnh vực công nghiệp năng
lượng, công nghệ hoá học và các quá trình tự nhiên... cho nên, sự hiểu biết về

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




5

các hiện tượng có thể xuất hiện ví dụ như hiện tượng khuếch đại cường độ
của sóng trong hỗn hợp khi sóng áp suất lan truyền qua chất lỏng chứa bọt và
nhất là khi xảy ra quá trình tương tác giữa các sóng là rất cần thiết.
Căn cứ vào tình hình phát triển của các nghiên cứu ở trong và ngoài
nước về các quá trình lan truyền của sóng xung kích trong hỗn hợp các chất
lỏng- bọt , mục đích chính của đề tài này bao gồm các vấn đề sau:
- Nghiên cứu lý thuyết về các quá trình lan truyền của sóng trong hỗn

hợp hai pha bao gồm pha phân tán là các phần tử dạng bọt hơi cùng với pha
chính là chất lỏng Newton được chứa trong ống nằm ngang. Giả sử tại một
đầu ống tồn tại một sóng xung kích tác động và lan truyền vào trong hỗn hợp,
chúng lan truyền đến khi tắt dần. Thành lập hệ phương trình vi phân và đạo
hàm riêng thuỷ nhiệt động lực học mô tả các quá trình này.
- Trên cơ sở nghiên cứu, ứng dụng thuật toán và sử dụng chương trình
tính giải hệ phương trình thuỷ nhiệt động lực học của hỗn hợp hai pha sau khi
kết hợp các điều kiện biên phù hợp với mô hình khảo sát, để nghiên cứu quá
trình lan truyền của sóng xung kích trong một số hỗn hợp các chất lỏng - bọt.
Chương trình đã được kiểm chứng bằng cách so sánh kết quả của chương
trình với kết quả thực nghiệm đã được công bố của các tác giả khác về sóng
tới.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện đầu và điều kiện biên đặc
trưng cho tác dụng động lực và cấu trúc của hỗn hợp lên quá trình lan truyền
của sóng áp suất trong hỗn hợp chất lỏng hai pha. Đồng thời nghiên cứu hiện
tượng khuếch đại cường độ của sóng xung kích khi sóng này tác động vào
hỗn hợp, đây là một hiện tượng bất thường xảy ra đối với hỗn hợp chất lỏng
chứa bọt.
- Đưa ra nhận xét và kết luận những vấn đề nghiên cứu. Đồng thời có
thể đề xuất ý kiến góp phần giảm thiểu các hiện tượng bất thường để đảm bảo

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên




6

an toàn trong hệ thống truyền dẫn thủy lực.
Nội dung của luận văn được chia làm ba chương:

Chương I: Tổng quan
Trình bày tổng quan về sự phát triển và xu hướng phát triển trong lĩnh
vực truyền sóng xung kích trong hỗn hợp lỏng – hơi, các hiện tượng xảy ra
khi sóng xung kích lan truyền trong hỗn hợp.
Chương II: Cơ sở lý thuyết
Dựa trên cơ sở hệ phương trình thủy nhiệt - động lực học của hỗn hợp
lỏng hơi mô tả hiện tượng vật lí, xây dựng thuật toán và chương trình tính phù
hợp để nghiên cứu phân tích và đánh giá quá trình lan truyền của sóng xung
kích trong hỗn hợp.
Chương III: Trình bày một số kết quả nghiên cứu về quá trình lan truyền
của sóng xung kích trong các hỗn hợp chất lỏng và hiện tượng bất thường xảy
ra trong quá trình này, đó là hiện tượng khuếch đại của sóng xung kích. Từ
kết quả của chương trình tính có được, nghiên cứu, đánh giá sự ảnh hưởng
của các yếu tố: cường độ sóng xung kích ban đầu, nồng độ thể tích pha hơi
lên quá trình lan truyền của sóng xung kích trong hỗn hợp.
So sánh các quá trình lan truyền của sóng xung kích trong một số hỗn
hợp chất lỏng chứa bọt hơi nhằm chỉ ra được sự ảnh hưởng của các tính chất
vật lý nhiệt của nó lên các quá trình lan truyền của sóng xung kích trong hỗn
hợp.
Để thực hiện được các nội dung trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề
tài “Nghiên cứu quá trình lan truyền của sóng áp suất trong hỗn hợp chất
lỏng hai pha”
Bản luận văn này được thực hiện tại trường Đại học Khoa học và xã hội
- Đại học Thái Nguyên và hoàn thành từ ý tưởng nghiên cứu, sự tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ về mặt khoa học của PGS.TS Nguyễn Văn Tuấn, tôi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....



data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not
read....


data error !!! can't not
read....

data error !!! can't not

read....