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非平整基底上液膜表面波的生成演化特性研究

陈琪  
【摘要】:液体流动中非线性表面波的研究因其在化学、能源、石油化工等领域有着广泛的应用,因而,有着重要的理论意义和使用价值,当前有很多学者分别从实验研究、数值计算等方面进行了多方面的研究和工作。同时,流体在非平整基底固体表面上的流动产生的波动现象也是一项重要的强化传热传质技术,因而也在诸多的工业领域中广泛应用。 本文通过对具有表面张力、不可压缩的粘性流体通过非平整基底时的流动进行研究,根据流体的液膜参数α1和基底参数α2的不同大小关系,分两种情况进行不同的无量纲化,采用势流理论和摄动法,推导了非线性的表面波的零阶、一阶和二阶方程,并由此得到了在考虑流体的粘性和表面张力下的非定常运动方程。同时通过坐标变换等方法,将非定常的微分方程转化为定常的微分方程,进而求得该方程的近似解析解及流函数。 根据拟谱法的基本原理,采用Matlab数值软件,对某一非线性的孤波方程进行了数值模拟,并绘制瀑布图,得到了流体在不同流动状态(超临界状态和亚临界状态)、非平整基底下的非线性表面波的生成及演化的影响规律。并由此验证了在该非平基底下的非线性波具有叠加性,以及非线性的表面波演化发展规律。


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