Исследование скорости распространения малых возмущений давления в газожидкостной среде с учетом массовой концентрации газа и деформации стенки трубопровода

О.М. Бегимов; И.К. Хужаев; Х.А. Мамадалиев

doi:10.71310/pcam.3_73.2026.03

Авторы

О.М. Бегимов Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. Уразбаева Автор
И.К. Хужаев Институт механики и сейсмостойкости сооружений им. М.Т. Уразбаева Автор
Х.А. Мамадалиев Ташкентский университет информационных технологий имени Мухаммада-ал-Хоразми Автор

DOI:

https://doi.org/10.71310/pcam.3_73.2026.03

Ключевые слова:

малые возмущения давления, газожидкостная среда, режимы течения, массовая концентрация газа, пузырьковый режим, деформация стенки, трубопровод

Аннотация

В работе исследуется изменение скорости распространения малых возмущений давления в газожидкостной среде в зависимости от массовой концентрации воздуха. Рассматриваются два случая: недеформируемый трубопровод и трубопровод с учётом деформации стенки. В качестве модели среды принята смесь типа вода–воздух. с пузырьками газа в жидкости. Выведены формулы для скорости распространения малых возмущений давления без учёта и с учётом деформируемости стенки согласно закону Гука. Анализ проведён для пузырькового и эмульсионного режимов течения при малой массовой концентрации фаз. Получены аналитические зависимости скорости от массовой концентрации воздуха и выполнен их графический анализ. Показано, что даже малые концентрации газа существенно снижают скорость распространения волн, а учёт деформации стенки приводит к дополнительному уменьшению скорости звука.

Библиографические ссылки

Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. – М.: Гостехиздат, 1949. – 104 с.

Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Наука, 2003. – 840 с.

Ишлинский А.Ю. Механика сплошных сред. – М.: Физматлит, 2001. – 560 с.

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. – М.: Наука, 1987. – Т.1. – 464 с.

Wallis G.B. One-Dimensional Two-Phase Flow. – New York: McGraw-Hill, 1969. – 408 p.

Fox R.W., McDonald A.T. Introduction to Fluid Mechanics. – 7th ed. – Hoboken: Wiley, 2011. – 896 p.

Korteweg D.J. On the propagation of waves in elastic tubes // Philosophical Magazine. – 1878. – Vol. 5. – P. 525–542.

Wylie E.B., Streeter V.L. Fluid Transients in Systems. – Englewood Cliffs: Prentice Hall, 1993. – 463 p.

Ishii M., Hibiki T. Thermo-Fluid Dynamics of Two-Phase Flow. – New York: Springer, 2011. – 482 p.

Drew D.A., Passman S.L. Theory of Multicomponent Fluids. – New York: Springer, 1999. – 309 p.

Миркин А.З., Усиньш В.В. Трубопроводные системы: Справ. изд. – М.: Химия, 1991. – 256 с.

Коэффициент сжимаемости воздуха: таблица и значения. – URL: https://fireman.club/inseklodepia/koefficzient-szhimaemosti-vozduha.

Зезин В.Г. Нестационарные процессы гидродинамики: учебное пособие. – Челябинск: изд-во ЮУрГУ, 2011. – 74 с.

Руденко О.В. Основы нелинейной акустики. – М.: Изд-во МГУ, 1983. – 181 с.

Бозоров О.Ш., Маматкулов М.М. Аналитические исследования нелинейных гидродинамических явлений в средах с медленно меняющимися параметрами (монография). – Ташкент: ТИТЛП, 2015. – 96 с.

Чарный И.А. Введение в механику сплошных сред. – М.: Наука, 1965. – 376 с.

Селезнев В.Е., Алешин В.В., Прялов С.Н. Математическое моделирование трубопроводных сетей и систем каналов: методы, модели, алгоритмы / Под ред. В.Е. Селезнева. – М.: МАКС Пресс, 2007. – 695 с.

Будак Б.М., Чарный И.А. Гидромеханика. – М.: Наука, 1983. – 512 с.

Wang L., Zhang J. Acoustic wave propagation and pressure pulse attenuation in microbubble gas-liquid mixtures // International Journal of Multiphase Flow. – 2024. – Vol. 171. – P. 104680. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2023.104680

Li S., Karney B.W. The influence of dissolved gas release and pipe wall elasticity on transient pressure wave speed // Journal of Hydraulic Engineering. – 2024. – Vol. 150(3). – P. 04024002. doi: http://dx.doi.org/10.1061/JHEND8.HYENG-13411

Kurbanov A., Axmetov B. Fluid-structure interaction (FSI) modeling of water-hammer waves in gas-saturated transport pipelines // Journal of Fluids and Structures. – 2025. – Vol. 125. – P. 104052. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2024.104052

Duan H.F., Ghidaoui M.S. Wave speed and attenuation analysis in viscoelastic and elastic pipes containing air-water mixtures // Journal of Hydraulic Research. – 2024. – Vol. 62(1). – P. 89–102. doi: http://dx.doi.org/10.1080/00221686.2023.2291504

Ramos H.M., Besharat M. Analytical solution for small pressure perturbations in bubbly and emulsion flow regimes within deformable conduits // Physics of Fluids. – 2025. – Vol. 37(2). – P. 024105. doi: http://dx.doi.org/10.1063/5.0243105

Saeed M., El-Amin M.M. Numerical simulation of transient two-phase flow and water hammer analysis considering pipe wall compliance // Computers & Fluids. – 2025. – Vol. 288. – P. 106110. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.compfluid.2024.106110