научный журнал по физике Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа ISSN: 0568-5281

ПЕТРОВ А.Г., ХАРЛАМОВ А.А. — 2013 г.

Работа посвящена изучению гидродинамического взаимодействия тел вблизи контакта. В узком зазоре между телами в окрестности контакта создаются напряжения, которые определяют основную часть сил, действующих на движущиеся тела. Во многих случаях возможно определение полей скорости и давлений в окрестности контакта и для силы гидродинамического взаимодействия выделить главную асимптотику по малому расстоянию между поверхностями. Представлен обзор решённых таким методом пространственных задач. Для некоторых задач даны новые постановки. Достоверность результатов подтверждается сравнениями с имеющимися точными частными решениями и экспериментальными данными.

ГАФИЯТОВ Р.Н., ГУБАЙДУЛЛИН Д.А., НИКИФОРОВ А.А. — 2013 г.

Исследовано распространение акустических волн в двухфракционных смесях жидкости с парогазовыми пузырьками различных размеров и разного состава с фазовыми превращениями в каждой из фракций. Представлена система дифференциальных уравнений движения смеси, выведено дисперсионное соотношение. Выполнены численные расчеты эволюции слабых импульсных возмущений давления в данной смеси. Показано влияние фазовых превращений в каждой из фракции дисперсной фазы на эволюцию импульса давления малой амплитуды.

ДИКАЛЮК А. С., СУРЖИКОВ С. Т. — 2013 г.

Исследована модель неравновесного излучения за фронтом ударной волны в смеси газов CO2-N2. Приведено описание кинетических механизмов физико-химических процессов, про- текающих в релаксационной зоне. С помощью представленной модели выполнен расчет спек- тральной излучательной способности газа, нагретого ударной волной, для условий эксперимен- тов на установках НИИ механики МГУ и NASA Ames. Выполнено сравнение с эксперименталь- ными данными.

ВОЛКОВ А.Н., ДЖОНСОН Р.Э., ТАКЕР О. ДЖ. — 2013 г.

Стационарные течения одно- и двухатомного газов от сферического источника в вакуум в гравитационном поле исследованы методом прямого статистического моделирования. Показано, что качественное влияние гравитации на течение не зависит от модели межмолекулярных столкновений и всегда можно выделить три характерных диапазона параметра Джинса: докри-тический диапазон, где течение в слабом гравитационном поле подобно истечению при отсутствии гравитации, сверхкритический диапзон, где скорость истечения остается малой даже на значительном удалении от источника, и узкий переходный диапазон между ними. Наличие внутренних степеней свободы у молекул газа смещает переходный диапазон в сторону больших значений параметра Джинса, а также вызывает увеличение скорости истечения и температуры газа, однако на начальном участке последний эффект выражен слабо. Нормализованный поток убегания является немонотонной функцией как параметра Джинса, так и числа Кнудсена и различается для одно- и двухатомного газов в пределах 50% в рассмотренном диапазоне параметров.

ПИВОВАРОВ Д.Е. — 2013 г.

Представлены результаты трехмерного численного моделирования тепловой гравитационной конвекции при произвольном направлении вектора силы тяжести. Расчеты проведены в ограниченной твердыми стенками прямоугольной полости, заполненной воздухом, с соотношением сторон 4 : 0.5 : 1 при подогреве снизу и ламинарном режиме конвекции Ra = 10 3—10 5. Полость последовательно поворачивалась вокруг короткой стороны в различных направлениях в диапазоне 0—90° для изучения влияния начальных условий на конвекцию. Приведены средние характеристики теплообмена и структура пространственного течения. Проводится сопоставление с двумерными расчетами. Указаны условия возникновения гистерезиса стационарного состояния конвекции, построена карта режимов и описаны особенности взаимодействия потоков тепла.

ГУНЬКО Ю.П., МАЖУЛЬ И.И. — 2013 г.

Представлены результаты численного моделирования обтекания конфигурации из двух клиньев со стреловидными передними кромками, расположенных на поверхности предварительного сжатия таким образом, что скошенные поверхности клиньев отклоняют сжимаемые ими потоки навстречу друг другу. Расчеты выполнены на основе осредненных уравнений Навье—Сток-са и SST к—а модели турбулентности при числе Маха набегающего потока М = 6. При выбранных геометрических параметрах конфигурации получена картина течения с нерегулярным взаимодействием в плоскости симметрии скачков уплотнения, формируемых стреловидными клиньями. Эти скачки также индуцируют трехмерные, квазиконические отрывы турбулентного пограничного слоя на клине предварительного сжатия. Потоки в отрывных зонах направлены к плоскости симметрии конфигурации и взаимодействуют между собой с образованием характерной центральной "вспученной" зоны отрывного течения.

ГОВОРУХИН В.Н., ШЕВЧЕНКО И.В. — 2013 г.

Исследована фильтрационная конвекция в прямоугольном контейнере при постоянно поддерживаемом линейном профиле температуры на границе. С помощью численных экспериментов изучена реализация стационарных режимов, принадлежащих глобально устойчивому одно-параметрическому семейству, при различных размерах контейнера и начальных распределениях температуры. Показано, что селекция режимов сильно зависит от начальной температуры жидкости: окрестность двух режимов реализуется из близких к состоянию покоя начальных данных; при высоком начальном нагреве жидкости отбираются режимы из окрестности двух других режимов; при промежуточных ситуациях может установиться любой из бесконечного числа стационарных режимов.

ВОДОПЬЯНОВ И.С., НИКИТИН Н.В., ЧЕРНЫШЕНКО С.И. — 2013 г.

Численно изучается турбулентное течение вязкой несжимаемой жидкости над оребренной стенкой, совершающей гармонические колебания в боковом направлении. Показано, что снижение сопротивления при обоюдном воздействии продольного оребрения и боковых колебаний может заметно превосходить эффект каждого из двух составляющих способов воздействия на турбулентный поток.

ШАМАЕВ А. С., ШУМИЛОВА В. В. — 2013 г.

Построены две усредненные (эффективные) модели, соответствующие поперечным и про- дольным колебаниям в периодической комбинированной слоистой среде. Рассмотренная среда состоит из взаимно чередующихся слоев изотропного вязкоупругого материала и вязкой сжима- емой жидкости. Исследована зависимость качественных характеристик спектров усредненных моделей от линейных размеров взятого образца слоистой среды.

КОВЫРКИНА О.А., ОСТАПЕНКО В.В. — 2013 г.

В рамках первого приближения пространственно одномерной теории мелкой воды решена задача о течениях, возникающих при разрушении плотины на скачке площади сечения прямоугольного канала, ширина которого в верхнем бьефе больше, чем в нижнем. Построенные автомодельные решения содержат эвристический параметр, связанный с количеством полной энергии потока теряемой на скачке площади сечения. Для определения параметра проведено сравнение одномерных решений с результатами численного моделирования задачи на основе пространственно двумерных (плановых) уравнений теории мелкой воды.

УСТИНОВ М.В. — 2013 г.

Применен статистический подход для вычисления коэффициента перемежаемости при ла-минарно-турбулентном переходе в пограничном слое, вызванном внешней турбулентностью. Предполагается, что турбулентные области пограничного слоя связаны с появлением турбулентных пятен, которые возникают из-за вторичной неустойчивости полосчатых структур, достигших пороговой амплитуды. Получена универсальная зависимость коэффициента перемежаемости в переходной области от амплитуды пульсаций скорости и числа Рейнольдса. Она хорошо описывает результаты эксперимента.

ЖУКОВ А.В. — 2013 г.

Исследована структура плоской межфазной поверхности на границе магнитной суспензии и не смешивающейся с ней обычной ненамагничивающейся жидкости в рамках модели трехкомпонентной среды с учетом зависимости свободной энергии системы от градиентов концентраций. Показано, что при определённых значениях определяющих параметров объемная концентрация магнитных частиц сильно возрастает внутри межфазного слоя, т.е. имеет место существенная адсорбция частиц на границе раздела. Найдена зависимость поверхностного натяжения от напряженности магнитного поля. Показано, что при некоторых значениях параметров задачи эта зависимость качественно соответствует полученной в эксперименте и описанной в феноменологической теории А.Н. Голубятникова и Г.И. Субханкулова (1986). Зависимость поверхностного натяжения от концентрации магнитных частиц на границе межфазной поверхности носит существенно нелинейный характер. Построена уточненная модель границы раздела как двумерной сплошной среды, обладаю$ щей поверхностной намагниченностью. Получены определяющие уравнения, условия на границе раздела и необходимые условия устойчивости.

БАРМИН А.А., КОЗЛОВ А.Н. — 2013 г.

Представлен теоретический подход к изучению течений ионизующегося газа с образованием фронта ионизации в канале плазменного ускорителя. В основе работы лежат МГД-уравнения, дополненные уравнением кинетики ионизации и рекомбинации. В результате исследования выявлена структура фронта ионизации.

СОБОЛЕВА Е.Б. — 2013 г.

Исследуется тепловая гравитационная конвекция в сверхкритической среде при параметрах, превосходящих критическую точку фазового перехода жидкость-газ. Выполняется численное моделирование стационарного конвективного течения и теплопереноса в вытянутой области квадратного сечения, на боковых границах которой температура постоянна и различна. Рассматриваются как буссинесковские течения, в которых пространственные изменения плотности и термодинамических величин малы, так и небуссинесковские течения с существенно переменными по пространству физическими свойствами. Определяется влияние параметра температурной неоднородности на особенности течения и теплопереноса.

ГЛУХОВ А. Ф., ДЕМИН В. А., ПОПОВ Е. А. — 2013 г.

Обсуждаются результаты сравнительных экспериментов по конвекции магнитных жидко- стей и молекулярных жидких бинарных смесей в связанных вертикальных каналах при подогре- ве снизу. Вблизи порога устойчивости равновесия в обеих средах наблюдается течение в виде специфических перебросовых колебаний. Результаты эксперимента служат обоснованием трех- компонентной модели конвекции магнитной жидкости, учитывающей процессы термодиффу- зионного разделения компонентов дисперсионной среды и слабую седиментацию магнитных частиц. Сопоставляются результаты численного моделирования конвекции и эксперимента.

ЗАГУМЕННЫЙ Я.В., ЧАШЕЧКИН Ю.Д. — 2013 г.

На основе фундаментальной системы уравнений разработана программа расчета полей характерных физических величин в двумерном течении, индуцированном диффузией на непроницаемой полосе, погруженной в неподвижную непрерывно стратифицированную жидкость. Представлены картины полей с высоким пространственным разрешением, изучена сложная структура компенсационных течений у кромок полосы, определены области применимости ранее полученных аналитических (асимптотических) решений. Результаты расчетов согласуются с данными высокоразрешающей теневой визуализации полосчатых структур, примыкающих к кромкам неподвижной полосы, погруженной в стратифицированную жидкость.

ПОТАНИН Е. П. — 2013 г.

Интерес к изучению вращающихся потоков связан как с развитием центробежного метода разделения газовых и изотопных смесей, так и с астрофизическими приложениями. В работе представлена аналитическая нелинейная модель расчета гидродинамических характеристик по- тока вязкой несжимаемой жидкости во вращающемся цилиндре при наличии тормозящей крышки. Рассмотрены случаи неподвижной и вращающейся крышки. Анализ выполнен на ос- нове системы гидродинамических уравнений Навье-Стокса. Зона течения разбивается на ос- новной поток и торцевые пограничные слои на дне цилиндра и на вращающейся крышке. Ос- новной поток, в свою очередь, разделяется на невязкое квазитвердое ядро и боковой слой, в ко- тором сосредоточен практически весь восходящий циркуляционный поток. Анализ уравнений пограничного слоя на торцевых поверхностях находится приближенным методом Слезкина- Тарга. Решения в пограничных слоях и боковом слое "сшиваются" с распределением скоростей в ядре основного потока. Неизвестные величины угловой скорости ядра ω 1 и его границы по радиусу R1 определяются из баланса моментов сил трения, действующих на основной вращающийся поток, и условия неразрывности циркуляционного течения. Проведено сравнение экспериментальных и расчетных результатов.

ТКАЧЕВА Л.А. — 2013 г.

Решена задача об ударе тела с плоским дном типа ящика по тонкому слою жидкости под малым углом в плоской постановке. Используются нелинейные уравнения мелкой воды, метод сращиваемых асимптотических разложений. Обнаружено, что при некоторых значениях входных параметров задачи давление жидкости вблизи нижнего конца тела понижается и становится меньше атмосферного, происходит отрыв жидкости от дна ящика. Приведены численные результаты, демонстрирующие, что все входные параметры задачи существенно влияют на характер движения тела. Анализируется влияние отрыва жидкости на движение тела.

ГАПОНОВ С.А., ТЕРЕХОВА Н.М. — 2013 г.

В линейном и нелинейном приближениях (слабонелинейная теория устойчивости) рассмотрено взаимодействие возмущений в пограничном слое сжимаемого газа при наличии распределенного массообмена (вдува или отсоса) через проницаемую пористую стенку. Изучены режимы умеренных и высоких сверхзвуковых скоростей (числа Маха M = 2 и 5.35). Выведены граничные условия для возмущений на проницаемой стенке с учетом сжимаемости газа в поре и наличия камеры отсоса. Определены максимальные размеры пор, когда свойства поверхностей не влияют на характеристики возмущений, которые при отсосе стабилизируются, а при вдуве дестабилизируются. При учете свойств поверхностей обнаружено интенсивное нарастание вихревых возмущений первой моды, что может полностью купировать стабилизирующий эффект отсоса. При вдуве дестабилизируются вихревые и акустические волны в линейной области и активизируются нелинейные процессы в области перехода.

АРХИПОВ В.А., ВАСЕНИН И.М., ТРОФИМОВ В.Ф., УСАНИНА А.С. — 2013 г.

Представлены результаты экспериментального исследования условий потери устойчивости формы одиночной частицы дисперсной фазы (капли и пузырька) при их движении в вязкой жидкости в области малых чисел Рейнольдса. Показано, что в таких условиях деформация первоначально сферической частицы происходит вследствие развития неустойчивости Рэлея—Тей-лора при достижении критического значения числа Бонда. Установлено, что начало деформации границы раздела фаз и механизм развития неустойчивости существенно зависят от режима движения частицы. Найден диапазон граничных значений числа Рейнольдса, разделяющий области потери устойчивости по механизму Рэлея—Тейлора и Кельвина—Гельмгольца.