Институт проблем машиноведения РАН, НПК «Механобр-техника»:

Блехман Л. И., старший научный сотрудник, канд. техн. наук, liblekhman@yandex.ru

Рассматривается твердое тело, вибрирующее в жидкости вблизи непроницаемой стенки перпендикулярно ее плоскости. Показано, что при этом возникает своеобразная подъемная сила, направленная от стенки перпендикулярно к ней, которая быстро возрастает при приближении тела к стенке. Получены выражения взвешивающей силы для тела вращения произвольной формы, что позволяет сделать вывод о взвешивании вибрирующих тел с большей чем у жидкости плотностью и определить высоту взвешивания. Результаты сопоставляются с закономерностями взаимодействия двух пульсирующих или вибрирующих тел, первоначально изученными К. Бьёркнесом. Как показывают эксперименты и натурные наблюдения, взвешивание возникает также при воздействии вибрации на тело, находящееся в сыпучей среде, что приводит к всплыванию тела, более плотного, чем сыпучая среда. Рассмотрен физический механизм этого явления, являющегося одним из проявлений эффекта сегрегации. Результаты работы могут быть использованы в теории взвесенесущих турбулентных потоков, теории вибрационных насосов, для объяснения и оценки величины прогиба пролетов трубопроводов, расположенных вблизи морского дна, а также для объяснения парадокса «непотопляемости» конкреций и необычного залегания горных пород.

Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы (Гос. контракт 14.515.11.0065) и при поддержке РФФИ (грант 13-08-01201).

1. Короткин А. И. Исследование гидродинамической характеристики вибронасоса ВНЛ-1: науч.-техн. отчет // ЦНИИ им. Академика А. Н. Крылова. СПб., 1993. № 35288.

2. Блехман И. И. Вибрационная механика. М.: Физматлит, 1994. 400 с.
3. Генерирование медленных потоков жидкости вибрирующим вблизи стенки диском (к теории вибрационных насосов) / И. И. Блехман, В. Б. Васильков, К. С. Якимова, Е. В. Шишкина // Обогащение руд. 2001. № 1. С. 36–38.
4. «Аномальные» явления в жидкости при действии вибрации / И. И. Блехман, Л. И. Блехман, Л. А. Вайсберг, В. Б. Васильков, К. С. Якимова // Докл. Академии наук. 2008. Т. 422, № 4. С. 470–474.
5. Phenomenon of inversion of the stable states of «gas–fluid–«heavy» particles» system in the vibrating vessels / I. I. Blekhman, L. I. Blekhman, L. A. Vaisberg, V. B. Vasilkov, K. S. Yakimova // Proc. of 6^th EUROMECH Nonlinear Dynamics Conf. (ENOC 2008). St. Petersburg, June 30–July 4, 2008. St. Petersburg: IPME RAS, 2008.
6. Http://resolver.library.cornell.edu/math/1968499 (/1968499a).
7. Http://historical.library.cornell.edu/cgi-bin/cul.math/docviewer?did=02780002&seq=1.
8. Челомей В. Н. Парадоксы в механике, вызываемые вибрациями // Докл. АН СССР. 1983. Т. 270, № 1. С. 62–67.
9. Кубенко В. Д. Кузьма В. М., Пучка Г. Н. Динамика сферических тел в жидкости при вибрации. Киев: Наукова думка, 1989. 156 с.
10. Любимов Д. В., Любимова Т. П., Черепанов А. А. Динамика поверхностей раздела в вибрационных полях. М.: Физматлит, 2003. 216 с.
11. Ганиев Р. Ф., Украинский Л. Е. Нелинейная волновая механика и технологии. М.: R&C Dynamics, 2008. 711 с.
12. Луговцов Б. А., Сенницкий В. Л. О движении тела в вибрирующей жидкости // Докл. АН СССР. 1986. Т. 289, № 2. С. 314–317.
13. Http://ics.org.ru/doc?pdf=1229&dir=r.
14. Движение пузырька газа в колеблющейся газонасыщенной жидкости / И. И. Блехман, Л. И. Блехман, В. Б. Васильков, В. С. Сорокин, К. С. Якимова // Обогащение руд. 2011. № 5. С. 30–37.
15. Surface and volumetric effects in a fluid subjected to high-frequency vibration / I. I. Blekhman, L. I. Blekhman, V. S. Sorokin, V. B. Vasilkov, K. S. Yakimova // Proc. of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 2012. Vol. 226, No. 8. P. 2028–2043.
16. Жуковский Н. Е. Обобщение задачи Бьёркнеса о гидродинамических силах, действующих на пульсирующие или осциллирующие тела внутри жидкой массы // Собрание сочинений. М.–Л.: ГИТТЛ, 1949. Т. 2. С. 670–688.
17. Иванова А. А., Козлов В. Г., Кузаев А. Ф. Вибрационная подъемная сила, действующая на тело в жидкости вблизи твердой поверхности // Докл. Академии наук. 2005. Т. 402, № 4. С. 488–491.
18. Bjerknes forces between small cavitation bubbles in a strong acoustic field / R. Mettin, I. Akhatov, U. Parlitz, C. D. Ohl, W. Lauterborn // Physical Review E. 1997. Vol. 56, No. 3. P. 2924–2931.
19. Петров А. Г. Аналитическая гидродинамика. М.: Физматлит, 2009. 520 с.
20. Бородавкин П. П., Сунаргин А. Х. Строительство магистральных трубопроводов в сложных условиях. М.: Недра, 1965. 214 с.
21. Моделирование гидродинамического воздействия на подводный газопровод в траншее с разжиженным грунтом / Е. Е. Гилев, С. Н. Шубин, А. И. Боровков, А. К. Абрамян // Вычислит. механика сплошных сред. 2011. Т. 4, № 3. С. 41–47.
22. Устойчивость морских трубопроводов, находящихся в донных грунтах, подверженных явлению разжижения / Т. И. Лаптева, М. Н. Мансуров, Д. Х. Чумарин, Л. А. Копаева // Газовая промышленность: спецвып. «Добыча углеводородов на шельфе». 2011, № 13. С. 98–101.
23. Левин Б. В. О сейсмическом механизме выталкивания валунов к поверхности грунта // Докл. АН СССР. 1990. Т. 312, № 2. С. 332–334.
24. Левин Б. В. Всплывание тяжелого шара в вибрирующем песке // ПМТФ. 1991. № 3. С. 85–87.
25. Федосеев В. Б. Закономерности распределения глыбового материала в осадочных породах. Маятник Челомея и зыбучие пески // Нелинейные колебания механических систем: Тр. VIII Всеросс. науч. конф. Т. 2. Н. Новгород: Диалог культур, 2008.
26. Меро Дж. Минеральные богатства океана. М.: Прогресс, 1969. 440 с.
27. Горяинов И. H., Горяинова Г. И. К вопросу о «непотопляемости» железомарганцевых конкреций // Докл. АН СССР. 1983. Т. 272, № 2. С. 432–437.
28. Батурин Г. Н. Геохимия железомарганцевых конкреций океана. М.: Наука, 1986. 328 с.
29. Баренблатт Г. И., Батурин Г. Н. О «непотопляемости» железомарганцевых конкреций и некоторых особенностях придонного слоя океана // Докл. АН СССР. 1989. Т. 308, № 1. С 183–188.
30. Бараш М. С., Кругликова С. Б. Возраст радиолярий из железомарганцевых конкреций провинции Кларион-Клиппертон (Тихий океан) и проблема «непотопляемости» конкреций // Океанология. 1994. Т. 34, № 6. С. 890–904.
31. Каракин А. В., Лобковский Л. И. Механизм всплывания железомарганцевых конкреций // Геология морей и океанов: Материалы XVII Междунар. конф. (школы) по морской геологии. М., 2007. Т. II. С. 127–130.
32. Блехман И. И., Васильков В. Б., Якимова К. С. О поведении твердых тел в вибрирующей сыпучей среде // Обогащение руд. 2012. № 4. С. 21–24.
33. Блехман И. И., Хайнман В. Я. О теории вибрационного разделения сыпучих смесей // Изв. АН СССР, ОТН. Механика. 1965. № 5. С. 22–30.