Analytical solution of the problem of small forced oscillations of the ideal fluid | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 48. DOI: 10.17223/19988621/48/7

Analytical solution of the problem of small forced oscillations of the ideal fluid

The study aims to determine the shape of the free surface of an ideal liquid vibrating under variable external pressure in a rectangular vessel. The two-dimensional problem has been solved analytically. The motion of the ideal fluid has been simulated by the solution of Laplace's equation for the fluid velocity potential in the flow region. On the solid boundary, the impermeability conditions have been assigned; on the free surface, the Cauchy-Lagrange integral. The equation was solved using the variable separation method. The free surface condition has been transformed in the case of small oscillations and varying pressure on the free surface and it has been used to determine the velocity potential as a function of time. The implementation of this condition required solving the system of linear second-order differential equations. The same condition gives the formula for determining the shape of the free surface of liquid at any time instant in the form of deviation of free surface points from the equilibrium position. The method described in this paper has been applied in the cases with the external pressure varying harmonically and acting on the restricted part of the free surface during a limited time. The obtained results have been compared with the currently available solutions of similar problems.

Download file
Counter downloads: 233

Keywords

идеальная жидкость, потенциал скорости, уравнение Лапласа, метод разделения переменных, ideal fluid, velocity potential, Laplace's equation, method of separation of variables

Authors

NameOrganizationE-mail
Merzlyakov Aleksandr V.Tomsk State Universityamerz@mail.ru
Matyeva Zarina O.Tomsk State Universityamerz@sibmail.com
Всего: 2

References

Богоряд И.Б., Дружинин И.А., Дружинина Г.З., Либин Э.Е. Введение в динамику сосудов с жидкостью. Томск. Изд-во Том. ун-та, 1977. 143 с.
Моисеев Н.Н. О колебаниях тяжелой идеальной несжимаемой жидкости в сосуде //ДАН СССР. 1952. Т. 85. Вып. 5. С. 963-965.
Моисеев Н.Н., Черноусько Ф.Л. Задачи колебаний жидкости, подверженной силам поверхностного натяжения // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1965. Т. 5. № 6. С. 1071-1095.
Петров А.А. Приближенный метод расчета собственных колебаний жидкости в сосудах произвольной формы и потенциалов Жуковского для этих сосудов // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1963. Т. 3. № 5. С. 958-964.
Петров А.А., Попов Ю.П., Пухначев Ю.В. Вычисление собственных колебаний жидкости в неподвижных сосудах вариационным методом // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1964. Т. 4. № 5. С. 880-895.
Балабух Л.И., Молчанов А.Г. Осесимметричные колебания сферической оболочки, частично заполненной жидкостью // Изв. АН СССР. Механика твердого тела. 1967. № 5. С. 22-26.
Пожалостин А.А. Свободные колебания жидкости в жестком круговом цилиндрическом сосуде // Изв. вузов. Авиационная техника. 1963. № 3. С. 25-32.
Сретенский Л.Н. Теория волновых движений жидкости. М.: Наука, 1977. 816 с.
Linton C.M., McIver P. Embedded trapped modes in water waves and acoustics // Wave Motion. 2007. V. 45. - No. 7-8. P. 940-951.
Motygin O.V. On trapping of surface water waves by cylindrical bodies in a channel // Wave Motion. 2008. V. 45. P. 940-951
Huang D., Guo W. and Li X. An analytical solution of fluid-structure coupling oscillation in one-dimensional ideal condition under small disturbance // J. Sound and Vibration. 2002. V. 255. No. 3. P. 610-614
Кочин Н.Е., Кибель И.А., Розе Н.В. Теоретическая гидромеханика. Ч. 1. М.: ГИФМЛ, 1963. 584 с.
Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 742 с.
 Analytical solution of the problem of small forced oscillations of the ideal fluid | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 48. DOI: 10.17223/19988621/48/7

Analytical solution of the problem of small forced oscillations of the ideal fluid | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 48. DOI: 10.17223/19988621/48/7

Download full-text version
Counter downloads: 585