Гидродинамическая неустойчивость Кельвина-Гельмгольца.

Гидродинамическая неустойчивость Кельвина-Гельмгольца возникает на межфазной границе двух жидких фаз при наличии в их слоях тангенциальных течений, т. е. течений вдоль границы раздела фаз. Движение двух соседних точек расплава, расположенных по разные стороны от межфазной границы, с различными скоростями приводит к развитию случайно возникающих возмущений их скорости и последующему перемешиванию двух слоев. Отличительной особенностью гидродинамической неустойчивости Кельвина-Гельмгольца является отсутствие критического порога ее развития, другими словами, согласно [149], возникновение и развитие данного типа неустойчивости происходят при сколь угодно малом градиенте продольной скорости в двух слоях расплава.

Необходимым условием возникновения гидродинамической неустойчивости Кельвина-Гельмгольца является наличие противоположно направленных градиента модуля продольной скорости расплава и ускорения, нормального по отношению к межфазной границе [154]. Если принять закон изменения продольной скорости расплава титана после воздействия на него КПП в виде (3.5), то можно видеть, что градиент продольной скорости направлен из глубины к поверхности, т. е. противоположно ускорению расплава.

Таким образом, на границе расплавленного титана и металлического покрытия, обладающих различной плотностью, реализуется необходимое условие развития гидродинамической неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, способствующей конвективному перемешиванию расплавленных слоев.

Конечная вязкость расплава способствует тому, что возникающая в нем неустойчивость Кельвина-Гельмгольца требует определенного конечного времени tQ для развития турбулентного движения, приводящего к его перемешиванию. Согласно [142], время tQ может быть оценено следующим образом:

где и р2 - плотности расплавленных титана и покрытия соответственно; а - ускорение расплава на межфазной границе; /0 - характерный масштаб неустойчивости, который определяется как

где а - коэффициент поверхностного натяжения расплава.

Для исследуемых систем Mo/Ti, Cr/Ti, Zr/Ti характерный масштаб /0 составляет ~ 10-5 м и он соизмерим с глубиной формирующегося расплава. Характерное время развития неустойчивости ~1(Г6 с. Следовательно, за время существования расплава 10-4 с неустойчивость Кельвина-Гельмгольца способна привести к перемешиванию двух слоев.

Таким образом, согласно вышеизложенному анализу, можно заключить, что при воздействии КПП на титан с предварительно нанесенными покрытиями конвективное перемешивание расплавленных слоев может быть вызвано возникновением и развитием на границе раздела двух расплавленных металлов гидродинамических неустойчивостей Рэлея-Тейлора и Кельвина-Гельмгольца.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >