Вестник Пермского университета. Физика

Оптический пробой волокна при неидеальном контакте с инициатором

2024-12-16T08:41:31+00:00

Рассматривается математическая модель возникновения оптического пробоя на торце оптического волокна при неидеальном контакте торца оптического волокна с поверхностью инициатора. Между торцом волокна и инициатором предполагается наличие воздушного зазора. Модель основана на уравнении теплопроводности в цилиндрических координатах. Движение воздуха в зазоре описывается уравнениями свободной конвекции в приближении Буссинеска с учетом теплового излучения, возникающего на торце оптического волокна и на участке инициатора напротив волокна, где возникает отражение излучения. В результате расчёта получены температурные поля. По границам температурных фронтов определены характерные времена эволюции области плазмообразования и пороговая мощность оптического пробоя. Сделан вывод о том, что конвекция слабо влияет на отвод тепла при возникновении оптического пробоя в волокне по сравнению с другими механизмами теплопереноса.

Лабораторное моделирование в задачах промышленной безопасности

2024-12-16T08:48:52+00:00

В работе представлен экспериментальный подход, позволяющий моделировать распространение вредных веществ в результате аварий техногенного характера. Он основан на использовании детального макета местности, масштаб которого позволяет достичь значений управляющих параметров, сравнимых с эффективными значениями параметров в нижней части атмосферного слоя. В рамках данного подхода проведено качественное описание выброса хлора на ООО «Сода-Хлорат» г. Березники. Экспериментальная модель представляет собой трехмерный макет местности, который учитывает рельеф, а также высоту и расположение зданий на территории почти 6 квадратных километров. Параметры эксперимента подбирались для качественного моделирования процесса распространения смеси хлор/воздух в атмосфере. Рассмотрены различные сценарии выброса хлора. Показано, что существенную роль в процессе распространения играет рельеф местности. Для всех описанных случаев показано, что примесь не достигает границы жилых кварталов. Полученные результаты хорошо согласуются с данными натурных наблюдений.

Экспериментальное исследование МГД-течения жидкого металла в прямоугольной кювете при наличии неоднородности электропроводности

2024-08-29T07:14:12+00:00

Экспериментально было исследовано течение, вызываемое неоднородностью поля электропроводности проводящей жидкости во внешнем магнитном поле. Рассмотрены течения в двух конфигурациях: при сонаправленном протекании электрического тока и действии внешнего магнитного поля и при их ортогональной ориентации. Определена структура крупномасштабного вихревого течения и зависимость интенсивности течения от величины силового воздействия.

Численное моделирование тепломассопереноса жидкости во вращающемся цилиндре при локальном нагреве на свободной поверхности

2024-12-16T08:55:21+00:00

В осесимметричной постановке численно с помощью метода сеток исследуется движение жидкости во вращающемся с постоянной угловой скоростью цилиндре при различных значениях чисел Тейлора, Релея и фиксированного значения числа Био. Ось вращения направлена вертикально вверх. Дно и внешняя боковая стенка цилиндра являются теплоизолированными, верхняя граница свободная не деформированная. На верхней границе в центре цилиндра расположен круглый нагреватель. Изучается вихревое движение, возникающее в результате совместного взаимодействия неравномерного продольного градиента температуры и силы Кориолиса. По всему слою формируется сложная структура конвективного движения.

О статистических свойствах каскадных моделей турбулентности

2024-12-16T09:02:00+00:00

Проведен статистический анализ характеристик пульсаций поля скорости, спектрального потока энергии и скорости диссипации энергии в рамках двух типов каскадных моделей развитой турбулентности. Показано, что функция распределения вероятности спектрального потока энергии у рассмотренных моделей отличается принципиально – в одной поток энергии флуктуирует, но остается в основном положительным, с очень небольшой долей отрицательных значений, в то время как в другой модели размах флуктуаций значительно шире и вероятность отрицательных значений сопоставима с вероятностью положительных. Для одинаковых начальных условий совпадает только статистический момент первого порядка. Качественное совпадение демонстрирует функция распределения скорости диссипации энергии. Важно, что, не смотря на столь разные статистические свойства каскадного потока энергии, обе модели одинаково хорошо воспроизводят статистику моментов высокого порядка для пульсаций поля скорости. Этот факт заслуживает внимания, так как считается, что поведение структурных функций высокого порядка определяется функцией распределения вероятности поля скорости диссипации энергии и/или поля плотности спектрального потока энергии.

Продольный магнитный отклик взвешенных в жидкости однодоменных частиц с «замороженным» суперпарамагнетизмом

2024-09-20T11:31:05+00:00

Представлена теория продольного магнитного отклика взвешенных в жидкости однодоменных частиц, к которым приложено постоянное подмагничивающее поле и гармоническое поле произвольной амплитуды. Рассмотрение выполнено для частиц, внутренней диффузией магнитного момента которых можно пренебречь. Установлена зависимость релаксационного спектра таких частиц от величины внешнего магнитного поля. Показано, что в линейном по возмущающему полю приближении их динамическая магнитная восприимчивость представляется суммой счётного множества слагаемых дебаевского вида. Вместе с тем, в случае слабого (соответствующая энергия Зеемана меньше тепловой энергии) или сильного (энергия Зеемана превышает тепловую энергию в несколько раз) подмагничивающего поля наиболее долгоживущая релаксационная мода полностью доминирует, и частотная зависимость восприимчивости может быть описана сравнительно простым выражением. Увеличение амплитуды переменного поля приводит к усилению основной Фурье-гармоники намагниченности. При этом в отсутствие подмагничивания динамическая магнитная восприимчивость частицы уменьшается, а максимум её мнимой части смещается вправо – в область более высоких частот. Если же к частице приложено постоянное поле и соответствующая энергия Зеемана превосходит тепловую энергию, то эффект от повышения амплитуды возбуждающего поля является противоположным: динамическая магнитная восприимчивость растёт, а максимум её мнимой части сдвигается в область более низких частот.

Влияние анизотропии проницаемости и свойств дна на тепловую конвекцию в донных отложениях

2024-12-16T09:08:52+00:00

Изучается влияние анизотропии проницаемости пористой среды и изменения проницаемости дна на конвективную неустойчивость в морских донных отложениях. Донные отложения моделируются как горизонтальная двухслойная система, состоящая из верхнего слоя пористой среды, насыщенной водой (наличие примесей не учитывается), и нижнего непроницаемого полубесконечного массива. Рассматриваются два типа граничного условия для фильтрационного потока на верхней границе (дне водного тела): открытая и непроницаемая граница. Линейный анализ устойчивости проводится в рамках сопряженной задачи о конвекции в горизонтальном слое пористой среды с жидкостью и теплопередаче в непроницаемом массиве снизу. Получены аналитические выражения для функции тока и температуры конвективной неустойчивости в зависимости от значений параметра анизотропии проницаемости пористой среды. Мерой анизотропии проницаемости принято отношение коэффициентов проницаемости в вертикальном и горизонтальном направлениях. Показано, что с увеличением анизотропии симметрия конвективного течения относительно центра слоя пористой среды нарушается: центр конвективного вала смещается к нижней границе слоя в среде с бóльшей анизотропией. Поле температуры глубже проникает во второй слой непроницаемой среды с ростом анизотропии проницаемости. Получены выражения, определяющие кривые нейтральной устойчивости для различных значений параметра анизотропии и при разных граничных условиях сверху. Определены критические значения числа Рэлея-Дарси и волнового числа. Порог возникновения конвекции повышается в системе с непроницаемой верхней границей по сравнению с открытой верхней границей. Увеличение анизотропии существенно понижает порог конвективной неустойчивости, а также уменьшает критическое волновое число. В пределе сильной анизотропии проницаемости, когда в горизонтальном направлении жидкость просачивается через пористую среду практически без сопротивления, конвекция становится длинноволновой, порог ее – ниже на порядок в сравнении с изотропной средой.

К вопросу о неустойчивости пузырьков газа в жидкости к дроблению при воздействии слабой волной давления

2024-08-14T13:25:34+00:00

На основе численного моделирования рассматривается динамика волны давления в пузырьковой жидкости в цилиндрическом и коническом каналах. Анализируется склонность пузырьков газа к дроблению за фронтом волны из-за развития неустойчивости Рэлея-Тейлора и Кельвина-Гельмгольца. В первом случае критерием неустойчивости пузырьков выступает число Бонда, во втором – число Вебера. Выявлено, что при одинаковом начальном состоянии пузырьковой системы разрушение пузырьков из-за неустойчивости Рэлея-Тейлора может происходить при меньших амплитудах воздействующей волны давления, чем по механизму неустойчивости Кельвина-Гельмгольца. Показана возможность дробления пузырьков в сужающемся канале волнами давления малой амплитудой, которые при распространении в цилиндрическом канале не изменяют дисперсность газовой фазы. Установлена максимальная пороговая дисперсность смеси, при которой дробление пузырьков волнами рассмотренной амплитуды не происходит.

Анализ яркости отраженного света для определения структурных изменений в потоке жидкости от распыливающего устройства

2024-09-04T06:11:26+00:00

Визуальные и инструментальные наблюдения распыленной форсункой жидкости показали неравномерное распределение яркости отраженного света в факеле распыла. Экспериментально исследована структура факела распыла центробежных форсунок. Предложен простой подход к анализу изображений факела распыла, который позволяет проследить за изменением структуры распыла. Подход основан на измерении интегральной яркости отраженного света, которая однозначно связана с площадью границы раздела сред. Измерения показали, что интегральная яркость меняется при удалении от форсунки. На графике изменения яркости по мере удаления от распыливающего устройства можно видеть три характерные области. В первой области наблюдается резкий рост яркости отраженного света, который достигает максимума при переходе ко второй области. Во второй области яркость отраженного света резко падает. В третьей области яркость практически перестает меняться. При этом визуально наблюдаются структурные изменения в факеле распыленной жидкости при удалении от форсунки. Детальный анализ этих структурных изменений был выполнен при помощи макросъемки и методом Glare Point Technique (далее GPT). Обнаружено, что жидкость вылетает из сопла форсунки в виде расширяющегося конуса сплошной пленки. Далее, во второй области, пленка рвется на отдельные фрагменты сложной формы, которые под действием сил поверхностного натяжения начинают превращаться в сферические объекты. В третьей области все фрагменты превращаются в объекты сферической формы, при этом их количество и форма далее практически перестают меняться.