Комп’ютерне моделювання плескань рідини в резервуарах при періодичних навантаженнях

Анотація

Основною метою роботи є розроблення комп’ютерної методології для стійкості руху рідини в резервуарах та паливних баках під дією періодичних зовнішніх з урахуванням демпфування. 

Актуальність. Демпфування відіграє вирішальну роль у забезпеченні стабільності та зменшенні потенційних небезпек при експлуатації резервуарів, частково заповнених рідиною. Відсутність амортизації  може призвести до нестабільності руху. У резервуарах з рідиною будь-які порушення руху, такі як раптове прискорення, уповільнення або поворот, можуть спричинити плескання. Без амортизації, плескання можуть навіть посилюватися, потенційно призводячи до неконтрольованих і небезпечних ситуацій, особливо в транспортних засобах або промислових процесах. Демпфування забезпечує контроль над динамікою плескань, забезпечуючи більш плавну та передбачувану поведінку. За допомогою гасіння надмірних коливань інженери можуть гарантувати, що рідина залишається стабільною всередині паливного бака, що зменшує ризик надмірних динамічних навантажень на конструкцію бака або транспортний засіб, який його перевозить. Тому є актуальними дослідження, присвячені вивченню демпфування плескань.

Методи дослідження. Для  розв’язання задачі демпфування плескань використані методи інтегральних рівнянь, метод заданих форм та метод граничних елементів.

Результати. Розв’язано спектральну граничну задачу та знайдено частоти та форми власних  коливань рідини ходження власних частот та форм коливань рідини в жорсткому Стійкість руху при вертикальних гармонічних навантаженнях визначено за допомогою діаграми Айнса-Стретта. Досліджено комбіновані горизонтальні та вертикальні навантаження, та знайдені зони стійкого та нестійкого руху в залежності від параметрів навантаження. Вивчено вплив демпфування з використанням матриці Релея. Важливість отриманих результатів щодо плескань рідини в жорстких резервуарах полягає в з’ясуванні вирішальної ролі демпфування у забезпеченні стабільності та зменшенні потенційних небезпек щодо стійкості паливних баків ракет-носіїв під час польоту.

Висновки. Розроблено метод визначення змінного за часом рівня вільної поверхні рідини в жорстких оболонках обертання. Спектральна задача з визначення частот та форм коливань рідини в усіченому конічному резервуарі розв’язана шляхом зведення до системи одновимірних інтегральних рівнянь. За допомогою діаграми Айнса-Стретта знайдені зони нестійкості руху рідини при гармонічних вертикальних навантаженнях. З’ясовано вплив демпфування за Релеєм на зростання рівня вільної поверхні. В подальшому передбачається дослідження коливань пружних оболонок обертання з рідиною, з використанням різних композитних матеріалів.