Лежнин С.И., Прибатурин Н.А., Сорокин А.Л.

применением звуковых и ультразвуковых колебаний, вибрационным
воздействием на пульпу. Существенным недостатком этих методов интенсификации массопереноса является то обстоятельство, что интенсивное турбулентное обтекание дисперсной фазы обеспечивается не во
всем объеме аппаратов, а лишь в ограниченной области, соответствующей зоне ввода энергии. В остальной части аппарата энергия диссипирует, и поэтому процессы массообмена недостаточно интенсивны.
Одним из эффективных путей повышения интенсивности массопереноса может явиться использование энергии ударной волны, распространяющейся в газонасыщенной пульпе с твердыми частицами. Эксперименты [1] показали, что при циклическом воздействии ударной волны
на свободную поверхность газосодержащей пульпы скорость растворения дисперсной твердой компоненты значительно увеличивается.
Представлены оценки времени затухания ударной волны между
ударными импульсами и коэффициента массообмена между частицами
твердой фазы и жидкостью. Показано, что интенсивность массообмена
увеличивается в несколько раз по сравнению с максимальной интенсивностью массообмена при использовании вращающихся мешалок.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант
№ 01-01-00946).
Список литературы
1. Прибатурин Н.А. Растворимость твердой частицы при возмущении пульпы
ударной волной // Физико-техн. проблемы разработки полезных ископаемых.
1999. № 2. С. 1–4.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДЕГАЗАЦИИ МАГМЫ
ПРИ ЕЕ ПОДЪЕМЕ В ЖЕРЛЕ ВУЛКАНА
С.И. Лежнин, Н.А. Прибатурин, А.Л. Сорокин
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН,
630090 Новосибирск, Россия
Вулканическая магма содержит значительное количество растворенных газов, среди которых доминируют пары воды. Так как растворимость газов возрастает с увеличением давления, то при подъеме магмы в жерле вулкана уменьшение давления приводит к образованию значительного количества пузырьков. Изменение фазового и химического
состава и температуры может приводить к образованию твердой фазы –
91
кристаллитов. Таким образом, в общем случае магма является многокомпонентной трехфазной средой.
В зависимости от состава магмы, температуры и скорости изменения давления пузырьки могут образовываться в режиме как гомогенной,
так и гетерогенной нуклеации. Образование пузырьков и их массообмен
с расплавом существенно определяют режим течения трехфазной многокомпонентной среды.
Разработанные в настоящее время математические модели стационарных [1] и нестационарных [2] вулканических извержений основаны
на ряде упрощающих предположений. В частности, предполагается, что
образование пузырьков происходит в гетерогенном режиме на некотором уровне течения и далее количество пузырьков не изменяется. Количество образующихся пузырьков при расчетах задается на основании
анализа продуктов извержения [1], состав которых определяется всеми
процессами, произошедшими в магме от момента нуклеации до застывания.
В данной работе представлены результаты теоретического исследования роста одиночного газового пузырька в магме (изотермической
жидкости с большой вязкостью) при ступенчатом и плавном изменении
внешнего давления. При этом использовалась как квазистационарная
(число Шервуда равно 2), так и нестационарная модели массообмена.
Введены критерии подобия, и с помощью методов многих масштабов и асимптотических разложений [3] получены равномерно пригодные по времени аналитические решения, которые в предельных случаях
совпадают с известными [4].
Представлена также математическая модель стационарного извержения, позволяющая учесть смешанную (гетерогенную и гомогенную)
нуклеацию, а также результаты расчетов. При моделировании использованы новые данные о равновесной растворимости воды и кинетике нуклеации [5]. Проведено параметрическое исследование области существования стационарных решений. Показано, что с увеличением скорости
декомрессии возрастает пересыщение расплава и при исчерпании центров гетерогенной нуклеации возможен переход к режиму гомогенной
нуклеации.
Работа выполнена при финансовой поддержке фонда INTAS (грант
№ 01-106) и РФФИ (грант № 01-01-00946).
92
Список литературы
1. Слезин Ю.Б. Механизм вулканических извержений (стационарная модель).
М.: Научный мир, 1998. 127 с.
2. Barmin A., Melnik O., Sparks R.S.J. Periodic behavior in lava dome eruptions //
Earth and Planetary Science Letters. 2002. Vol. 199. P. 173–184.
3. Найфэ А.Х. Методы возмущений. М.: Мир, 1976. 420 с.
4. Lensky N.G., Lyakhovsky, V. Navon O. Radial variation of melt viscosity growing bubbles and gas overpressure in vesiculating magmas // Earth and Planetary
Science Letters. 2001. Vol. 186. P. 1–6.
5. Mangan M., Sisson T. Delayed, disequilibrium degassing in rhyolite magma: decompression experiments and implications for explosive volcanism // Earth and
Planetary Science Letters. 2000. Vol. 183. P. 441–455.
ВЛИЯНИЕ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВНЕШНИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
НА РАЗВИТИЕ АВТОКОЛЕБАНИЙ ПРИ ВНУТРИТРУБНОЙ
КОНДЕНСАЦИИ
С.И. Лежнин, С.Б. Самойленко
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН,
630090 Новосибирск, Россия
Известно [1], что при внутритрубной конденсации пара возможно
развитие неустойчивостей гидродинамического и теплогидравлического
типа, а также формирование автоколебаний, свойственных парожидкостному потоку.
В настоящей работе теоретически исследованы особенности развития и взаимодействия между собой возникающих в процессе конденсации автоколебаний с реверсом расхода и колебаний, вызванных вынужденным периодическими изменениями расхода пара.
Автоколебания типа “чаггинга” с реверсом расхода впервые наблюдались при конденсации струи пара, вытекающей в большой объем холодной жидкости [2]. Амплитуда автоколебаний устанавливается, когда
энергия поступающего пара за период полностью диссипирует в результате конденсации.
Для описания “чаггинга” в канале используется предложенная ранее
[3] модель для описания процесса пульсации одиночного парового пузыря (снаряда), образованного при подаче пара в закритическом газодинамическом режиме. С учетом теплоотвода через тонкую пленку жидкости у стенки канала и вязкого трения, получена система квазилинейных
уравнений динамики жидкой пробки и энергии парового снаряда.
93