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

ДЕМИН В. А. — 2008 г.

Изучаются свободные колебания капиллярного моста, равновесная форма которого определяется силами поверхностного натяжения и статическим полем тяжести. В соответствии с условиями эксперимента в невязком приближении найдены значения 25 "нижних" уровней спектра собственных частот колебаний капиллярного моста для различных значений управляющих параметров.

КАРЛИКОВ В. П., РОЗИН А. В., ТОЛОКОННИКОВ С. Л. — 2008 г.

Представлены результаты экспериментального и численного анализа процесса воронкообразования при нестационарном истечении под действием силы тяжести первоначально покоившейся воды через одно или два круглых отверстия в дне призматического сосуда с прямоугольным очертанием в плане. Изучены случаи с разным расположением сливных отверстий, с неодинаковой степенью шероховатости отдельных участков дна и стенок сосуда, для нескольких значений начальной глубины воды h0. Сформулировано достаточное, но не необходимое условие отсутствия вихревых воронок. На основе предложенного способа определения направления вращения жидкости в вихревых воронках указаны области, при расположении в которых сливных отверстий над ними формируются вихревые воронки с заданным направлением вращения, а также линии размещения центров сливных отверстий, при истечении через которые устойчивые вихревые воронки не образуются. Эти результаты подтверждены численными расчетами и экспериментами. Исследована в разные моменты времени t структура поля окружных скоростей в сечении сливного отверстия. Найдены зависимости от времени и начальной глубины интегрального момента окружных скоростей в сечении сливного отверстия, а также на нескольких уровнях над ним и в вытекающей струе. Получены зависимости от времени расходных характеристик: коэффициента расхода и объемного расхода при разных начальных глубинах. Сделано сравнение их с известными в гидравлике результатами. В исследованных диапазонах значений определяющих параметров установлено, что глубина жидкости в сосуде, при которой начинается формирование вихревой воронки, слабо зависит от начальной глубины воды в сосуде. Для численных расчетов использовался пакет программ STAR-CD (лицензия Института механики МГУ), оттестированный в опытах с истечением воды из призматических сосудов с круглой и прямоугольной формой в плане.

ТЕПЛОВ В. С. — 2008 г.

Обсуждаются принципы и подходы при построении модели вибрационной конвекции в двухфазной среде, состоящей из жидкости (газа) и твердой примеси. Впервые получена замкнутая система осредненных уравнений. Система допускает предельный переход как к уравнениям вибрационной конвекции в однородной жидкости, так и к уравнениям конвекции в запыленной среде в статическом случае. При этом мерой отличия по отношению к однородной жидкости, кроме параметра оседания, который проявляется и в отсутствие вибрационных ускорений, служит введенный здесь параметр неоднородности среды, отвечающий за пульсационный перенос осредненных полей. Рассматривается задача устойчивости плоскопараллельного течения в вертикальном слое двухфазной среды при горизонтальных вибрациях вдоль слоя по отношению к бесконечно малым возмущениям. Показано, что добавление частиц в поток приводит к качественно новым эффектам, которые не могут быть предсказаны в рамках однородной жидкости.

ДРОЗДОВ С. М. — 2008 г.

В бесконечном двумерном слое с квазипериодической формой границ численно получены стационарные квазипериодические решения уравнений Навье-Стокса в диапазоне чисел Рей-нольдса 0

ИНГЕЛЬ Л. X. — 2008 г.

Теоретически исследуется линейная стационарная задача о конвекции во вращающейся вокруг вертикальной оси среде над термически неоднородной горизонтальной поверхностью. Наибольшее внимание уделено случаю однородной среды, но обращается внимание также и на некоторые эффекты стратификации и особенности конвекции в бинарных смесях (например, соленой морской воде). При быстром вращении (больших значениях числа Тейлора) конвективные ячейки сильно вытянуты по вертикали, хотя содержат и тонкий горизонтальный экманов-ский пограничный слой. Показана существенная роль краевых условий на горизонтальной поверхности (помимо условия прилипания, рассматриваются также более общие условия, к которым может приводить модель квадратичного турбулентного трения). В случае бинарных смесей эффекты дифференциальной диффузии в сочетании с эффектами вращения могут приводить к возникновению "вынужденных солевых пальцев" - глубокому проникновению конвекции в сколь угодно устойчиво стратифицированную среду. При этом конвективные движения могут заметно воздействовать на фоновые вертикальные распределения температуры и примеси. Обращается внимание на своеобразное проявление аналогии эффектов вращения и стратификации: конвекция в не вращающейся устойчиво стратифицированной среде у термически неоднородной вертикальной поверхности аналогичным образом глубоко проникает в среду, но - в горизонтальном направлении; так что решение при повороте системы координат на 90° совпадает с рассматриваемым здесь случаем вращающейся нестратифицированной жидкости.

АЛЕКСАНДРОВ В. Ю., ЕРОФЕЕВ А. И., КОГАН М. Н., ФРИДЛЕНДЕР О. Г. — 2008 г.

Рассмотрено силовое взаимодействие аэрозольных частиц, вызванное процессами конденсации или испарения на них. При этом предполагалось, что процесс массообмена может происходить в свободномолекулярном, переходном или континуальном режимах. Использованы асимптотические методы исследования и методы численного моделирования (метод прямого статистического моделирования Монте-Карло решения системы нелинейных кинетических уравнений Больцмана и вероятностный метод пробной молекулы решения линейного уравнения Больцма-на). Изучены характеристики сил взаимодействия двух аэрозольных частиц. Определены зависимости этих сил от режима обтекания (от числа Кнудсена), от расстояния между частицами, от их формы, концентрации конденсирующегося пара, коэффициента конденсации. Построены аппроксимации этих зависимостей.

АЛИПЧЕНКОВ В. М., ЗАЙЧИК Л. И. — 2008 г.

Развит эйлеров континуальный подход для моделирования движения частиц дисперсной фазы в рамках метода крупных вихрей. Подход основан на кинетическом уравнении для фильтрованной функции плотности вероятности скорости частиц в турбулентном потоке. Представлены модели для подсеточных турбулентных напряжений дисперсной фазы.

АЛЕКСАНДРОВ В. Г., ОСИПОВ А. А. — 2008 г.

Разработан метод математического моделирования тонального звука, индуцируемого при нестационарном аэродинамическом взаимодействии двух плоских решеток профилей, обтекаемых дозвуковым потоком газа и равномерно перемещающихся друг относительно друга в направлении их фронтов. Метод основан на численном интегрировании уравнений нестационарного течения с использованием упрощенной модели периодической системы кромочных следов, сходящих с профилей первой (передней) решетки при ее вязком обтекании и воздействующих на вторую (заднюю) решетку. Результаты анализа особенностей исследуемого течения продемонстрировали работоспособность предложенной модели.

АЛЕКСАНДРОВ В. Ю., ФРИДЛЕНДЕР О. Г. — 2008 г.

В медленных течениях неравномерно и сильно нагретого газа, движущегося в режиме сплошной среды (Kn → 0), могут действовать температурные напряжения. Теория медленных неизотермических течений газа как сплошной среды с учетом температурных напряжений была развита в 1969-1974 гг. Действие температурных напряжений в газе приводит к некоторым парадоксальным эффектам. Один из этих эффектов - изменение направления силы, действующей на сферическую частицу, на противоположное при ее движении в стоксовом режиме течения. Эффект подсасывающей силы проявляется при больших, но конечных значениях перепада температур между частицей и газом. В работе изучается влияние действия температурных напряжений на силу сопротивления сильно нагретой сферической частицы, медленно движущейся в газе при малых значениях числа Кнудсена (М ~ Kn → 0), при малых, но конечных значениях числа Рейнольдса (Re ≲ 1), линейной зависимости коэффициентов переноса от температуры (µ ∝ Т) и больших, но конечных значениях перепада температур ((Tw - T∞)/T∞ ~ 1). Используется разностный метод численного решения двух различных систем уравнений, каждая из которых моделирует медленное течение газа как сплошной среды: упрощенных уравнений Навье-Стокса и модифицированных уравнений Навье-Стокса с учетом действия температурных напряжений.

ЗАЙЦЕВ М. Ю., КОПЬЕВ В. Ф. — 2008 г.

Рассмотрена задача аэродинамической генерации звука турбулентным потоком при поперечном обтекании жесткого цилиндра. С помощью метода азимутальной декомпозиции звукового поля обнаружен аномальный сдвиг местоположения эквивалентного дипольного источника в область далеко вниз по потоку за цилиндром. Дано объяснение этому эффекту с помощью анализа двумерной задачи о мультипольных источниках вблизи круга в несжимаемом приближении. Показано, что сдвиг диполя есть следствие сложения исходного квадрупольного источника и его дипольного отражения. Сделан вывод о механизме генерации дипольного шума в слабосжимаемом случае, как о не скомпенсированном отражении слабых квадруполей от криволинейной поверхности.

АЛЕКСИН В. А. — 2008 г.

На основе двухпараметрической модели турбулентности исследованы динамические и тепловые характеристики стационарных и нестационарных пристеночных пограничных слоев в условиях высокой интенсивности турбулентности набегающего потока и воздействия продольного отрицательного градиента давления. Рассчитаны течения от ламинарного до полностью развитого турбулентного режимов, включая переход между ними. Показана возможность теоретического описания перехода и развитого турбулентного режима квазистационарной моделью турбулентности при периодических распределениях во времени скорости набегающего потока. Анализом расчетных характеристик динамического и теплового пограничных слоев установлены их свойства при различных параметрах колебаний и умеренного продольного градиента давления. Численные результаты сопоставлены с экспериментальными и теоретическими данными.

КРАСНОБАЕВ К. В., ТАГИРОВА Р. Р. — 2008 г.

Численно исследуется развитие возмущений параметров плотной газовой оболочки, движущейся с ускорением под действием разности давлений по обеим ее сторонам. Рассматриваются плоское и цилиндрически симметричное неустановившиеся течения сжимаемой среды. Изучается влияние плотности оболочки, а также вида начальных возмущений ее формы и движения на кумуляцию массы в образующихся уплотнениях. Проведено сопоставление эволюции возмущений слоя и поверхности контактного разрыва, ускоряемого падающей на него плоской ударной волной.

ДМИТРИЕВ Н. М., МУРАДОВ А. А., СЕМЕНОВ А. А. — 2008 г.

В инвариантном тензорном виде выписаны нелинейные законы фильтрации для ортотропных пористых сред. Уравнения, как это принято в теории фильтрации [1, 2], представляются выражениями, содержащими скорость фильтрации до второй степени включительно. Даны выражения, определяющие нелинейные фильтрационные сопротивления, и показано, что при переходе от линейных законов фильтрации к нелинейным может проявляться эффект асимметрии, т.е. фильтрационные свойства могут быть различными вдоль одной прямой в положительном и отрицательном направлении. Показано, что по сравнению с линейным законом фильтрации для ортотропных сред, когда для задания фильтрационных свойств для трех групп симметрии достаточно лишь одного закона фильтрации, в нелинейных законах проявление анизотропии существенно разнообразнее и каждая группа симметрии описывается своими уравнениями. Рассмотрен комплекс лабораторных измерений по определению фильтрационных свойств в нелинейных законах фильтрации для ортотропных пористых сред.

БЕКЕЖАНОВА В. Б. — 2008 г.

Изучена задача об устойчивости равновесного состояния слабо сжимаемой жидкости, ограниченной снизу неподвижной твердой, а сверху - теплопроводящей стенкой конечной толщины. Исследовано тепловое состояние системы с учетом объемных источников тепла, возникающих за счет радиации. Показано, что состояние механического равновесия является неустойчивым. Построены нейтральные кривые и найдены критические числа Рэлея.

АНДРЕЕВ В. К., БЕКЕЖАНОВА В. Б. — 2008 г.

Рассмотрена задача о конвекции слабо сжимаемой жидкости. В уравнениях свободной конвекции учитывается функция теплового источника. Устойчивость равновесного состояния горизонтального слоя относительно малых возмущений изучается методом линеаризации. На основе численных расчетов показано, что состояние механического равновесия жидкости неустойчиво. Построены нейтральные кривые и найдены критические числа Рэлея. При расчетах использовались значения физических параметров, характерные для воды озера Байкал.

ГЕРЦЕНШТЕЙН С. Я., КОЗЛОВ И. И., ПРОКОФЬЕВ В. В., РЕЗНИЧЕНКО И. Т., ЧЕРНЫЙ Г. Г., ЧЕРНЯВСКИЙ В. М. — 2008 г.

Исследуется влияние начального состояния на развитие неустойчивости Релея-Тейлора в ячейке Хеле-Шоу. Начальные возмущения инициировались двумя способами: возбуждением с помощью вибратора стоячих волн Фарадея и периодическим искривлением границы раздела жидкостей тонкими иглами-перемычками. Неустойчивость Релея- Тейлора реализовывалась путем переворота ячейки. Проводилась видеосъемка процесса развития волн на границе раздела жидкостей с последующей компьютерной обработкой видеофильма. Обнаружено, что начальное состояние определяющим образом влияет на развитие процесса вплоть до больших значений времени.

АФАНАСЬЕВ А. А. — 2008 г.

Рассмотрена эволюционность и структура фазовых разрывов между водой и паром, образующихся в геотермальном резервуаре на границе проницаемых пластов с разными свойствами. В коротковолновом приближении предложен графический способ решения задачи о распаде произвольного разрыва в геотермальном резервуаре, который состоит из двух пластов с разными свойствами.

ЕРШОВ А. П., КАМЕНЩИКОВ С. А., КОЛЕСНИКОВ Е. Б., ЛОГУНОВ А. А., ФИРСОВ А. А., ЧЕРНИКОВ В. А. — 2008 г.

Предложен и экспериментально апробирован прямой метод измерения скорости потока в сверхзвуковом аэродинамическом канале с помощью создания в нем маломощного импульсно-пе-риодического разряда.

ИВАНОВ М. И. — 2008 г.

Рассматривается горизонтальная структура приливных колебаний атмосферы, определяющаяся решениями приливного уравнения Лапласа при различных значениях эквивалентных глубин, в том числе и отрицательных. Численно получены собственные частоты и моды в широком диапазоне изменения эквивалентной глубины. Исследованы частоты и моды для отрицательных значений эквивалентной глубины. Разработана классификация мод отрицательных эквивалентных глубин. Проведено сопоставление численных результатов с известными в литературе асимптотическими формулами.

МАКАРИХИН И. Ю., СМОРОДИН Б. Л., ШАТРОВА Е. Ф. — 2008 г.

Изучен дрейф шаров во вращающейся жидкости. Задача решена экспериментально и численно с помощью метода Галеркина. Показано, что при малых угловых скоростях вращения Ω скорость дрейфа шаров практически не зависит от Ω и только при достижении определенного критического значения Ω* начинает резко уменьшаться. Полученные экспериментальные зависимости скорости поступательного движения шаров от скорости вращения жидкости объяснены на основе теоретического рассмотрения.