Экспериментальное исследование взаимодействия двух сферических тел в жидкости при вибрациях

А.А. Иванова, А.Ф. Кузаев (Пермь)

Наличие в жидкости твердых включений – распространенное явление. В статическом силовом поле, например, в поле силы тяжести, такие системы находятся в состоянии устойчивого равновесия: более плотные тела тонут. Интересные эффекты, привлекающие внимание исследователей, наблюдаются при вибрационном воздействии на неоднородные по плотности гидродинамические системы. Под действием вибраций включения, плотность которых больше плотности окружающей их жидкости, могут всплывать, асимметричные тела изменяют ориентацию в пространстве, кроме того, тела взаимодействуют между собой и со стенками полости. Все это является результатом проявления средних массовых сил вибрационной природы.

В данной работе при вибрациях экспериментально изучается гидродинамическое взаимодействие двух сферических тел в жидкости. Опыты проводятся со стальными шариками одинакового размера, находящимися в заполненном водой коаксиальном зазоре с жесткой непроницаемой перегородкой. Полость совершает высокочастотные угловые качания вокруг оси симметрии, определенным образом ориентированной в поле силы тяжести, так что в отсутствие вибраций под действием силы тяжести тела соприкасаются. Постановка эксперимента такова, что при вибрационном воздействии тела совершают свободные колебания вдоль линии, проходящей через их центры, при этом тела могут отталкиваться друг от друга. Методика проведения опытов позволяет определить силу взаимодействия тел по расстоянию, на которое они расходятся. Исследуется сила отталкивания в зависимости от амплитуды и частоты вибраций. Из опытов следует, что осредненное взаимодействие тел растет с увеличением интенсивности вибраций. При этом определяющую роль играет амплитуда скорости вибраций. Построена обобщенная кривая взаимодействия на плоскости безразмерной вибрационной силы и относительного расстояния между телами. Видно, что с увеличением расстояния между телами сила взаимодействия ослабевает.

Работа поддержана РФФИ.