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研究生:黃吉川
研究生(外文):HUANG, JI-CHUAN
論文名稱:薄膜流的非線性液動穩定分析
論文名稱(外文):Nonlinear hydrodynamic stability analysis of film flow
指導教授:翁政義翁政義引用關係
指導教授(外文):WENG, ZHENG-YI
學位類別:博士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:1987
畢業學年度:76
語文別:中文
中文關鍵詞:薄膜流穩定性正模分析多重尺度法非線性液動
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本文以廣義的非線性自由面運動方程式,來探討薄膜流的穩定性。首先利用正模分析
法(normal mode analysis)求取線性化運動方程式的特徵值,並由之判定液膜線性
穩定性。接堵利用多重尺度法(method of multiple scale)展開非線性的方程式,
在逐階求解時消除各階的大尾項(Secular term),因此而得到非線性解存在的必要
條件為振幅函數必須滿足Ginzburg-Landau 型的方程式。由此方程式的特性以求取各
種非線性現象的判別式,並列表說明之。針對一超臨界規則波則進一步求取其受截頻
干擾(Side-band disturbance )穩定的條件。
實例分析上,分別以具相變化、變黏度、圓柱面上、黏彈流體及具凡得瓦爾力液體之
薄膜流為探討的對象。先以長波展開法得到自由面運動方程式,再以廣義分析所得穩
定性的通式,棧計算各個效應對線性振幅增長率,波速及非線性振幅的影響。結果發
現增加凝結量,壁面的冷卻量,圓柱的半徑,應力的延遲時間或者減小凡得瓦爾力都
會增強液膜系統的穩定性。薄膜破裂的非線性理論直接由Landau方程式積分而來,此
解析預測的破裂時間其特徵和前人用數值解所得結果的趨勢很接近,而亞臨界不穩定
液膜破裂的模型也一併介紹,使非線性液膜破裂的理論更加完整。
就薄膜流非線性穩定的一般特徵,本文發現前人的研究都有其不足處,尤其是α- Re
平面中上中立曲線附近的非線性行為。對薄膜流而言亞臨界不穩定和超臨界穩定都是
可能的,且存在一個非線性的臨界雷諾數Re,當Re<Re時上中立曲線附近存在非
線性穩定的狀態,但當Re<Re時上中立曲線附近只存在非線性不穩定的狀態。
總結而言,所謂不穩定的效應即是增加此效應會使α-Re 平面中線性和非線性不穩定
區的擴大,超臨界規則波振幅的變大,Re值的變小及亞臨界不穩定區的臨界振幅變
小。
目錄
中文摘要
英文摘要
表目錄
圖目錄
符號說明
誌謝
第一章 前言
1-1 非線性液動穩定之回顧
1-2 薄膜流穩定性分析的回顧
1-3 論文的結構
第二章 廣義自由面運動方程式
2-1 基本流動解
2-2 線性穩定分析
2-3 非線性穩定分析
2-4 超臨界規則波的穩定性
第三章 實例研究
3-1 交界面具有相變化的液膜
3-2 變黏度的液膜
3-3 圓柱面上的薄膜流
3-4 Oldroyd''s B液體
3-5 具凡得瓦物體力的液膜
第四章 結果和討論
4-1 交界面含相變化液膜的穩定性
4-2 變黏度液膜的穩定性
4-3 圓柱面上液膜的穩定性
4-4 Oldroyd''s B液的穩定性
4-5 非線性薄膜破裂理論
4-6 綜合討論
第五章 結論
附錄
參考文獻
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