ИСТИНА

В рамках модели эффективной (односкоростной) сплошной среды рассмотрена гидродинамическая устойчивость течения суспензии мелких неколлоидных частиц в плоском канале. В основном течении частицы распределены неравномерно в поперечном к потоку направлении в виде двух локализованных симметричных относительно оси канала слоев. Учет конечной объемной доли частиц приводит к модификации профиля скорости потока и неоднородности плотности суспензии. В число определяющих параметров задачи входит число Рейнольдса, отношение плотности материалов частиц и несущей фазы, средняя по ширине канала массовая концентрация частиц, ширина слоев частиц и координата максимума их концентрации. Линеаризованные уравнения Навье-Стокса сведены к задаче на собственные значения для амплитуд малых возмущений в виде нормальных мод. Численное решение проведено конечно-разностным методом при помощи QR-алгоритма. Проведен параметрический анализ инкремента нарастания первой моды при заданной средней по ширине канала массовой концентрации частиц. Течение наиболее неустойчиво в рамках классической теории в случае, когда слои частиц находятся вблизи стенок. Уменьшение отношения плотностей материалов фаз при фиксированных остальных определяющих параметрах приводит к усилению неустойчивости. В докритической области течения (где все нормальные моды затухают) проанализирована зависимость кинетической энергии оптимальных возмущений от параметров потока. Даже при малой средней массовой концентрации частиц (один процент), кинетическая энергия оптимальных возмущений стратифицированного течения суспензии на два порядка выше таковой для потока чистой жидкости. Форма оптимальных возмущений стратифицированного течения суспензии соответствует «стрикам», вытянутым вдоль потока структурам. При фиксированной средней массовой концентрации частиц, энергия оптимальных возмущений течения суспензии усиливается при уменьшении отношения плотностей фаз. В отличие от потока неоднородно-запыленного газа с пренебрежимо малой объемной долей частиц и чистой жидкости, оптимальные возмущения суспензии зависят от координаты вдоль потока при распределении частиц вблизи стенок или оси канала. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 14-01-00147).