О вибрационной неустойчивости Кельвина-Гельмгольца для жидкостей сравнимых вязкостей

Аннотация

Рассматривается поведение двумерной системы несмешивающихся несжимаемых вязких жидкостей, помещенных в замкнутый прямоугольный сосуд, при горизонтальных гармонических высокочастотных вибрациях. В этой системе под действием пульсационных движений жидкости возможно развитие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, приводящей к образованию на поверхности раздела квазистационарного рельефа в виде застывшей волны. В работе проведено прямое численное моделирование формирования рельефа с использованием программного пакета ANSYS Fluent и исследовано влияние соотношения вязкостей на параметры застывшей волны и генерируемые ей вблизи поверхности раздела течения. Построены зависимости характеристик волнового рельефа от надкритичности, частоты вибраций для различных соотношений вязкостей жидкостей. В результате сравнения полученных численных результатов с аналитической теорией для идеальной жидкости получено хорошее согласие для случая вибрационного воздействия высокой частоты. Для более низких частот наблюдаемая длина волны волнового рельефа оказывается заметно больше теоретических значений. Для высоких частот вибраций с ростом надкритичности длина волны растет монотонно, в то время как для низких частот она монотонно уменьшается. Высота рельефа растет по мере увеличения интенсивности вибрационного воздействия, при значительной надкритичности она превышает теоретические значения, полученные в приближении идеальной жидкости. Показан возможный разворот вихрей осредненных течений, генерируемых вибрациями вблизи поверхности раздела, при уменьшении вязкости верхней жидкости. При этом течения в верхней и нижней жидкостях оказываются направлены в противоположные стороны и происходит заметное уменьшение интенсивности генерации средних течений вблизи поверхности раздела.