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

КАЛИНИЧЕНКО В. А. — 2009 г.

Экспериментально исследованы нерегулярные и разрушающиеся волны Фарадея. Среди нерегулярных волн выделены волны с небольшим углублением в гребне волны, а также периодический триплет. В случае разрушающихся волн рассмотрен механизм образования струйного всплеска на волновом гребне. Представлено экспериментальное доказательство того, что разрушение стоячих волн в прямоугольном сосуде начинается со схлопывания каверны на формирующемся гребне волны. Показано, что струйному всплеску из гребня волны предшествуют зарождение, развитие и коллапс каверны. Для процесса схлопывания каверны получена универсальная степенная зависимость. Сопоставление данных эксперимента с аналитической моделью позволило предположить, что зарождение каверны обусловлено нелинейностью самих волн - наличием двух малых возмущений свободной поверхности, бегущих навстречу друг другу и образующих каверну. Полученные результаты подчеркивают важность начальной стадии разрушения волн

НИКИТИН Н. В. — 2009 г.

Численно изучается развитие возмущений в пристенных турбулентных течениях. Рассмотрены течения в круглой трубе и плоском канале. Уравнения Навье-Стокса с условием периодичности вдоль основного потока интегрируются по времени до выхода решения на статистически стационарный "турбулентный" режим. После этого решение возмущается, и дальнейшая эволюция возмущения определяется сопоставлением двух решений: с возмущением и без него, которые рассчитываются параллельно. Показано, что на линейном этапе расхождение решений происходит в среднем экспоненциально. Главный результат работы - наблюдение, что инкремент роста малых возмущений оказывается постоянным (не зависящим ни от числа Рейнольдса в рассмотренном диапазоне, ни от вида течения) при нормировке на пристенный масштаб времени: λ+ ≈ 0.021. Оценка скорости роста возмущений во времени согласуется с ранее полученными результатами о росте возмущений вниз по потоку, а также с оценкой старшего показателя Ляпунова, рассчитанного для турбулентного течения в плоском канале.

СТЕПАНОВ Р. А., ФРИК П. Г., ШЕСТАКОВ А. В. — 2009 г.

Рассмотрены спектральные свойства однородной стационарной турбулентности, возбуждаемой силой, которая вместе с энергией вносит в поток существенную спиральность. Показано, что спиральность переносится в инерционном интервале как пассивная примесь, и ее спектр подчиняется закону «-5/3» значительно точнее, чем спектр пульсаций скорости. Диссипация спиральности происходит на тех же масштабах, что и диссипация энергии, хотя динамика процесса переноса спиральности в инерционном интервале на больших и малых масштабах различна. Численные эксперименты проведены с помощью каскадной модели, построенной для описания спиральной турбулентности.

МАКАРЕНКО Н. И., МАЛЬЦЕВА Ж. Л. — 2009 г.

Рассматривается задача об установившихся внутренних волнах в двухслойной слабострати-фицированной жидкости с плотностью, постоянной в нижнем слое и экспоненциально зависящей от глубины в верхнем. Охарактеризованы спектральные свойства уравнений малых возмущений однородного кусочно-постоянного течения. С помощью разложения по малому параметру Буссинеска получено нелинейное обыкновенное дифференциальное уравнение, описывающее уединенные волны и плавные боры на границе раздела слоев.

БАБУШКИН И. А., ГЛАЗКИН И. В., ДЕМИН В. А., ПЛАТОНОВА А. Н., ПУТИН Г. Ф. — 2009 г.

Экспериментально и теоретически изучено влияние различных факторов на характерное для ячейки Хеле-Шоу конвективное четырехвихревое течение с перезамыканием диагональных вихрей. Показано, что это автоколебательное течение возникает в ячейке Хеле-Шоу в широком диапазоне значений надкритичности в самых разных ситуациях и может быть как регулярным, так и стохастическим. Оно наблюдается в полостях различных размеров, однородных жидкостях и смесях, в случае как высоко теплопроводных, так и теплоизолированных широких граней, а также при наличии вибраций или других внешних воздействий.

КОПЬЕВ В. Ф., ЧЕРНЫШЕВ С. А. — 2009 г.

Рассмотрена теория Тама шума сверхзвуковой струи, основанная на асимптотической линейной теории волн неустойчивости. Показано, что теория Тама требует дополнительного обоснования (экспериментального, теоретического и численного), поскольку имеет особенность вблизи кромки сопла при стремлении толщины сдвигового слоя к нулю. Рассмотрен один из возможных вариантов устранения этой особенности за счет введения турбулентной вязкости. Показано, что при таком подходе устраняется и сама волна неустойчивости: ее амплитуда остается малой и не выделяется на фоне прочих возмущений. В этом случае основным источником шума была бы не волна неустойчивости, а совокупность различных турбулентных возмущений, имеющих сверхзвуковую фазовую скорость, численное описание которых крайне чувствительно к принятой схеме замыкания.

ГАЙФУЛЛИН А. М., ЗУБЦОВ А. В. — 2009 г.

На основе численного интегрирования нестационарных уравнений Навье-Стокса решена задача об обтекании пластины конечной длины, поверхность которой движется навстречу набегающему потоку жидкости. Для чисел Рейнольдса Re = 102÷104 проведен анализ характера обтекания пластины в зависимости от величины относительной скорости ее поверхности, на основании которого прогнозируется предельная математическая модель течения при Re →∞.

ТАКОВИЦКИЙ С.А. — 2009 г.

Рассмотрена задача построения осесимметричных сверхзвуковых сопел, реализующих максимальную реактивную тягу. На основе локального анализа распределения аэродинамической нагрузки предложено аналитическое решение. Показано, что близкие к оптимальным тяговые характеристики имеют сопла с образующей, задаваемой степенной зависимостью радиуса от продольной координаты с показателем степени, равным 2/3. Исследование проведено в рамках модели Эйлера для невязкого нетеплопроводного газа.

ГАНЖЕЛО А. Н. — 2009 г.

Решена задача о системе n + m скачков уплотнения, реализующей максимум полного давления при заданных числах Маха перед первым и за замыкающим скачками при условии, что сумма углов поворота потока в последних m волнах равна сумме углов поворота в начальных n волнах за вычетом угла атаки. Получены соответствующие необходимые условия оптимальности такой системы скачков уплотнения, представляющие собой систему нелинейных алгебраических уравнений. Разработан эффективный итерационный метод решения этой системы уравнений, позволяющий решить упомянутую выше задачу с высокой точностью. Результаты решения данной задачи позволяют выбрать оптимальную конструкцию сверхзвукового воздухозаборника на стадии предварительного проектирования, а в случае большого числа скачков - дать оценку предельных параметров воздухозаборника и протекающих в нем процессов.

ГЛУХОВ А. Ф., ДЕМИН В. А. — 2009 г.

Теоретически изучено влияние вертикальных высокочастотных вибраций на стационарные течения бинарной смеси в связанных каналах. Рассмотрены смеси как с положительной, так и отрицательной термодиффузией. Показано, что характер возбуждения конвекции меняется в зависимости от знака термодиффузии. Аналитически получены зависимости амплитуды течения от надкритичности при разных значениях вибрационного числа Рэлея.

ОДИНЦОВА В.Е. — 2009 г.

Рассматривается устойчивость поверхности раздела фаз в геотермальных системах в изотермическом приближении с учетом капиллярных эффектов. Получено дисперсионное соотношение и найдены области устойчивости и неустойчивости стационарных вертикальных течений. Описаны возможные типы перехода к неустойчивости: с наиболее неустойчивой модой, отвечающей нулевому, бесконечному или всем волновым числам одновременно. Для первого случая выведено нелинейное уравнение Колмогорова-Петровского-Пискунова, которое описывает эволюцию узкой полосы слабонеустойчивых мод на пороге устойчивости. Исследовано влияние параметров системы на ее устойчивость.

АНКУДИНОВ А. Л. — 2009 г.

Для описания поступательно-неравновесного течения одноатомного газа в гиперзвуковом свободном струйном пограничном слое, формирующемся в ближнем следе за обтекаемым клином, использованы макроскопические уравнения, полученные как тонкослоевая версия имеющих кинетическое происхождение 13-моментных уравнений Греда (такая модель дает возможность исследовать течения c сильными нарушениями равновесия по поступательным степеням свободы). Указан способ построения решения данной кинетически мотивированной задачи на базе решения аналогичной задачи в навье-стоксовской интерпретации. Установлено, что распределение скорости течения газа вдоль разделяющей линии тока в плоскости, ортогональной к образующей клина, для кинетического варианта рассматриваемой задачи совпадает с распределением, полученным в решении навье-стоксовского варианта. Найдено, что учет неравновесности по поступательным степеням свободы частиц газа в рассмотренном течении не оказывает влияния на донное давление и угол следа.

КОНДРАТОВ Д. В., КОНДРАТОВА Ю. Н., МОГИЛЕВИЧ Л. И. — 2009 г.

Поставлена и решена связанная задача упругогидродинамики, состоящая из уравнений динамики вязкой несжимаемой жидкости и уравнений динамики внутренней и внешней упругих замкнутых цилиндрических оболочек конечной длины, основанных на гипотезах Кирхгофа-Лява, с соответствующими граничными условиями при гармоническом изменении давления на входе и выходе упругой трубы кольцевого сечения. Из решения этой задачи найдены параметры течения и упругие перемещения оболочек. Определены их амплитудные и фазовые частотные характеристики и резонансные частоты. Рассмотрены случаи свободного опирания и жесткого защемления оболочек по торцам и влияния типа закрепления и свойств жидкости на резонансные частоты и амплитудные частотные характеристики оболочек.

СУРЖИКОВ С. Т. — 2009 г.

С использованием двумерной вычислительной модели выполнено исследование газодинамической структуры гиперзвукового потока молекулярного азота в плоском канале, на противоположных поверхностях которого расположены секционированные электроды для создания непрерывного поверхностного тлеющего разряда. Изучена электродинамическая структура поверхностного тлеющего разряда в гиперзвуковом потоке разреженного газа (распределение концентраций заряженных частиц, плотности тока, электрического потенциала). Представлена двумерная сопряженная электрогазодинамическая модель, включающая в себя уравнения неразрывности и Навье-Стокса, уравнения сохранения энергии, неразрывности заряженных частиц в амбиполярном приближении. Учтены реальные теплофизические и переносные свойства молекулярного азота. Показано, что использование поверхностного тлеющего разряда в разреженном гиперзвуковом потоке позволяет эффективно модифицировать ударно-волновую структуру потока и, тем самым, рассматривать указанный тип разрядов в качестве дополнительных органов управления разреженными газовыми потоками.

КОРСАКОВА Н. К., ПЕНЬКОВСКИЙ В. И. — 2009 г.

В результате проникновения фильтрата бурового раствора в пласт, насыщенный нефтью, газом и природной водой, изменяются распределение несмешивающихся фаз и электрофизические свойства прискважинной зоны по сравнению с ее начальным состоянием. Учет этого изменения необходим для успешной интерпретации данных скважинного зондирования методами электроразведки. В статье на основе уравнений несмешивающейся фильтрации и системы уравнений переноса с мгновенным обменом солями между фильтратом и природной водой внутри пор определяются области начальных насыщенностей пласта флюидами, при которых фронты вытеснения в зоне проникновения сохраняют свой порядок взаимного расположения.

ГРИГОРЬЕВ А. И., ПОЖАРИЦКИЙ Д. М., ШИРЯЕВА С. О. — 2009 г.

гравитационной волной на однородно заряженной поверхности раздела двух вязких несжимаемых несмешивающихся жидкостей. Для описания течения в пограничных слоях в верхней и нижней жидкостях предложена упрощенная, по сравнению с точной задачей, модельная задача, строение решения которой отражает главные черты точного асимптотического решения: быстроту убывания с глубиной вихревой части течения и незначительность некоторых компонент. Получены оценки на толщины пограничных слоев, при которых различие между точным асимптотическим решением и решением упрощенной модельной задачи (сформулированной в рамках предложенной теории может быть задано с заранее оговоренной точностью).

ГИЛЬФАНОВ А. К., ЗАРИПОВ Ш. Х., МАКЛАКОВ Д. В. — 2009 г.

Развита математическая модель и проведены численные исследования полей концентраций частиц для задачи аспирации аэрозоля в тонкостенную трубку из движущегося газа. В отсутствие влияния частиц на газовый поток несущая среда рассчитывается в приближениях потенциального и вязкого течений несжимаемого газа на основе методов граничных элементов и конечных объемов. Численное решение уравнений Навье-Стокса для модели вязкого течения достигается в программе FLUENT Уравнения движения частиц дополняются уравнениями для расчета концентраций вдоль траекторий. Изучены пространственные распределения концентраций частиц в окрестности и внутри пробоотборника при различных отношениях скорости ветра к скорости аспирации и различных числах Стокса. Обсуждается влияние неоднородности распределения концентраций частиц на коэффициент аспирации.

ГРАБОВСКИЙ В. И. — 2009 г.

Численно определяется и сравнивается несущая способность эксцентриситетных и ступенчатых подшипников в зависимости от их длины при одинаковых скорости вращения ротора, максимальной и минимальной величинах их смазочного зазора. Находятся условия увеличения несущей способности подшипников при изменении геометрических параметров зазоров, создаваемых торцевыми газодинамическими уплотнениями. Решение получается интегрированием полных уравнений Навье-Стокса с помощью стандартного программного пакета ANSYS.

МОРШНЕВА И. В., ОВЧИННИКОВА С. Н. — 2009 г.

На примере задачи Куэтта-Тейлора изучена бифуркация в динамической системе с цилиндрической симметрией, зависящей от нескольких параметров. Найдены точки пересечения двух нейтральных кривых (точки бифуркации коразмерности 2), которым отвечают несколько независимых нейтральных мод. В окрестности точек бифуркации коразмерности 2 взаимодействие этих мод описывается системой амплитудных уравнений на центральном многообразии. Если нейтральные моды невращательно симметричны, то существует семь различных резонансных соотношений, влияющих на кубические члены амплитудной системы. Для резонансов Res 0 и Res 3 представлены результаты расчета точек пересечения и проведен анализ условий существования и устойчивости стационарных режимов.

ИВАШНЕВ О. Е. — 2009 г.

Эксперименты по разгерметизации сосудов высокого давления показали, что основное парообразование происходит в движущихся со скоростью ~ 10 м/c "скачках кипения". Для объяснения этого явления была разработана модель вскипающей жидкости, учитывающая возможность разрушения пузырьков за счет неустойчивости, развивающейся при их обтекании [1]. В данной работе разработанная ранее модель была использована для моделирования течений в соплах Лаваля. Истечения из сосудов и течения в соплах были описаны без изменения свободных параметров: начального числа пузырьков и критического числа Вебера. Показано, что в соплах, так же как и при истечении из сосудов, формируются волны кипения. Обнаружено существование автоколебательных режимов истечения вскипающей жидкости через сопло. Установлена причина колебаний.