Self-oscillating modes of penetration of free or submerged jets through the surface of a liquid

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

A brief review was conducted of the most significant results of studies performed at the Institute of Mechanics of Moscow State University regarding a new class of unsteady flow of incompressible fluid. Examples include such fluids arising upon the penetration of vertical submerged or free flat and axially symmetric water jets through the surface of water in relatively narrow channels, such as when free thin-walled water jets flowing from a conical slit nozzle with a vertical axis form in a rectangular vessel. A broad range of values of characteristic parameters was found to be generated by the previously unknown self-oscillating flow modes formed in the liquid. Different mechanisms for the occurrence of such modes and characteristics of the dependencies of the self-oscillation period on the main determining parameters were uncovered through empirical experiment and numerical modeling. These mechanisms and characteristics as well as possible applications of the obtained results are presented.

Full Text

Restricted Access

About the authors

V. P. Karlikov

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: karlikovvp@mail.ru
Russian Federation, 1, Leninskie gory, Moscow, 119991

A. T. Nechaev

Lomonosov Moscow State University

Email: karlikovvp@mail.ru
Russian Federation, 1, Leninskie gory, Moscow, 119991

S. L. Tolokonnikov

Lomonosov Moscow State University

Email: karlikovvp@mail.ru
Russian Federation, 1, Leninskie gory, Moscow, 119991

References

  1. Биркгоф Г. Гидродинамика. М.: Изд-во иностр. лит., 1954. 183 с. / Пер. с англ. Birkhoff G. Hydrodynamics. Princeton, 1950.
  2. Гузевский Л.Г. Задача о плоском фонтане тяжелой жидкости // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. 1976. Т. 1. № 3. С. 85–93.
  3. Гуревич М.И. Теория струй идеальной жидкости. М.: Наука, 1979. 536 c.
  4. Карликов В.П. Об истечении плоских струй весомой жидкости из-под свободной поверхности // Аннот. докл. VII Всесоюз. съезда по теорет. и приклад. механике. М.: Изд-во МГУ, 1991. С. 184.
  5. Казеннов А.К., Карликов В.П., Хомяков А.Н., Чернявский Ф.Н., Шоломович Г.И. Способ фонтанирования жидкости А. с. 603431. 1977. Бюл. изобр. 1978. № 15.
  6. Карликов В.П., Нечаев А.Т., Толоконников С.Л. Об автоколебательных режимах проникания вертикальных свободных турбулентных струй через поверхность жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 6. С. 24–30.
  7. Карликов В.П., Толоконников С.Л. Об автоколебательных режимах проникания свободных конических тонкостенных турбулентных струй через поверхность жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 3. С. 65–73.
  8. Карликов В.П., Толоконников С.Л. О зависимости периода автоколебаний купола конического струйного аэратора от ширины струи в выходном сечении кольцевого сопла // Вест. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика, механика. 2014. № 3. С. 65–68.
  9. Карликов В.П., Толоконников С.Л. О периоде автоколебаний куполов конических струйных аэраторов с разными углами конусности // Вест. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика, механика. 2015. № 5. С. 60–64.
  10. Карликов В.П., Толоконников С.Л., Трушина О.В. Об автоколебательных режимах фонтанирования плоских вертикальных затопленных струй тяжелой жидкости в установках с придонным стоком // Изв. РАН. МЖГ. 2011. № 3. С. 89–96.
  11. Карликов В.П., Толоконников С.Л., Трушина О.В. О возможной классификации автоколебательных режимов фонтанирования плоских вертикальных затопленных струй тяжелой жидкости // Изв. РАН. МЖГ. 2009. № 3. С. 23–35.
  12. Карликов В.П., Трушина О.В. Об автоколебаниях плоских затопленных фонтанов // Докл. РАН. 1998. Т. 361. № 3. С. 340–344.
  13. Карликов В.П., Трушина О.В. Об автоколебательных режимах истечения плоских струй жидкости из-под свободной поверхности // Тр. МИАН. 1998. Т. 223. С. 52–62.
  14. Карликов В.П., Трушина О.В., Шоломович Г.И. Об использовании автоколебательных режимов фонтанирования жидкости для бесконтактного измерения ее расхода в трубопроводах // Вестн. МГУ. Сер. 1, Математика, механика. 1999. № 6. С. 63–66.
  15. Маклаков Д.В. Нелинейные задачи гидродинамики потенциальных течений с неизвестными границами. М.: Янус-К, 1997. 280 с.
  16. Осипцов А.А. Автоколебания плоского фонтана при отсутствии начального затопления // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика, механика. 2005. № 2. С. 59–62.
  17. Bin A.K. Gas entrainment by plunging liquid jets // Chem. Eng. Sci. J. Great Britain. 1993. V. 48. P. 3585–3630.
  18. Deswal S., Verma D.V.S. Performance evaluation and modeling of a conical plunging jet aerator // Int. J. of Math., Phys. and Eng. Sciences. 2008. V. 2. Iss. 1. P. 335–339.
  19. Kusabiraki D., Niki H., Yamagiwa K., Ohkawa A. Gas entrainment rate and flow pattern of vertical plunging liquid jets // Canadian J. Chem. Eng. 1990. V. 68. P. 893–903.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Installation diagrams with spillway (a) and bottom (b) fluid drain modes.

Download (134KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Possible options for the type of free surface above the canal with different flow patterns in installations with a spillway drain mode.

Download (249KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence τ = τ (Fr) for p = 29.3. 1 - experiment, 2 - calculation.

Download (74KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Installation diagram for studying the regimes of vertical free jets penetration through the liquid surface H is the level of the nozzle above the free surface; h is the distance between the side walls of the installation; l is the height of the side weirs; δ is the initial thickness of the jet.

Download (168KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Photograph of the flow during the penetration of a flat jet with δ = 0.2 cm at H = 15 cm and V = 5.2 m / s.

Download (482KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Photograph of the flow during the penetration of an axisymmetric jet with d = 0.5 cm at H = 17 cm and V = 3.2 m / s.

Download (366KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Structure of a free conic jet at Q = 350 cm3 / s.

Download (539KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Photograph of the flow for Q = 350 cm3 / s, H = 17 cm.

Download (499KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2019 Russian Academy of Sciences