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

Архив научных статейиз журнала «Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа»

  • ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПРОЦЕССОВ, СВОЙСТВ ТЕЧЕНИЯ И ТОНАЛЬНОГО АКУСТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ЗАКРУЧЕННОЙ СТРУИ

    ЗАХАРОВ Д.Л., КРАШЕНИННИКОВ С.Ю., МАСЛОВ В.П., МИРОНОВ А.К., ТОКТАЛИЕВ П.Д. — 2014 г.

    Представлены результаты исследования нестационарной структуры течения в турбулентной закрученной струе с помощью PIV технологии. Основная часть измерений проведена при интенсивности закрутки W 0 ≅ 1.7. Часть данных получена и при других условиях истечения закрученных струй. Для выделения взаимной связи возмущений различного типа применялась техника фазового осреднения при использовании пульсации давления в акустическом поле струи в качестве опорного сигнала. Проведены численные расчеты структуры течения. Результаты исследований показали, что в потоке струи наблюдается квазистационарная неоднородность, совершающая вращательное движение относительно среднего поля течения в поперечном сечении струи – “прецессия”. Она вызывает возмущения в потоке, подтекающем к струе, которые на удалении от струи превращаются в акустические возмущения. Частота динамических возмущений вблизи струи и акустических возмущений на удалении от струи совпадает с частотой прецессии.

  • ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ДВУХКОМПОНЕНТНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ГЛАЗНОГО ЯБЛОКА И ВОЗМОЖНОСТИ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ПРАКТИЧЕСКОЙ ОЦЕНКЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГЛАЗА ЧЕЛОВЕКА

    ЛЮБИМОВ Г.А., МОИСЕЕВА И.Н., ШТЕЙН А.А. — 2014 г.

    На основе двухкомпонентной модели глазного яблока, предложенной в [1], проводится сравнительное исследование нагружения роговицы стержнем и широкими штампами с плоским, выпуклым и вогнутым основаниями. Показано, что для всех изученных способов нагружения измеряемая геометрическая характеристика деформации в физиологическом диапазоне параметров определяется давлением под нагрузкой и мало зависит от упругих свойств оболочки глаза. Рассмотрена задача о деформировании глазного яблока при постоянном объеме, соответствующая клинической процедуре измерения внутриглазного давления. Изучена зависимость давления от приложенной нагрузки. Показано, что наклон прямой, аппроксимирующей эту зависимость в практически важной области значений весов, а также разность между давлениями под грузом и до нагружения в случае стержня и выпуклого штампа слабо зависят от жесткости роговицы, но испытывают значительное влияние жесткости склерального сегмента. Для плоского же и вогнутого штампов эти величины существенно зависят от обеих упругих констант. Предложена методика измерений и расчетов, позволяющая повысить информативность и надежность данных, получаемых в клинике при статической тонометрии.

  • ИССЛЕДОВАНИЕ ЭВОЛЮЦИОННОСТИ РАЗРЫВОВ ПРИ ФИЛЬТРАЦИИ БИНАРНОЙ СМЕСИ

    АФАНАСЬЕВ А.А. — 2014 г.

    Рассмотрены поверхности разрывов (ударные волны) при неизотермической фильтрации бинарной смеси углекислый газ–вода. На плоскости определяющих параметров исследованы адиабаты разрывов и построены их диаграммы эволюционности. Показано, что одна из ветвей адиабаты соответствует фронтам вытеснения в пористой среде, на которых температура не имеет разрыва и фазовые переходы отсутствуют, вторая ветвь – разрывам температуры и фронтам фазового перехода. Различные ветви адиабаты могут пересекаться в точке, соответствующей точке Жуге для параметров как перед, так и за разрывом конечной амплитуды. Показано, что поведение адиабаты в окрестности данной двукратной точки Жуге отличается от классического поведения адиабаты в однократных точках Жуге.

  • К ПРОБЛЕМЕ НЕЕДИНСТВЕННОСТИ СТАЦИОНАРНОГО ГИПЕРЗВУКОВОГО ОБТЕКАНИЯ ТЕЛ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ЛОБОВЫМ ЗАТУПЛЕНИЕМ

    ДРОЗДОВ С.М. — 2014 г.

    Прямым численным моделированием с помощью пакета программ "FLUENT" исследуется проблема неединственности стационарных мод гиперзвукового обтекания тел с цилиндрическим лобовым затуплением. Главная задача работы - подтверждение того, что трехмерные вихревые структуры, возникающие на лобовой поверхности тел, обтекаемых однородным гиперзвуковым потоком, являются одной из стационарных мод решений уравнений Навье-Стокса, а не результатом грубости расчетной сетки или возбуждающего действия граничных условий.

  • К УСКОРЕНИЮ УДАРНЫХ ВОЛН В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

    ГОЛУБЯТНИКОВ А.Н., КОВАЛЕВСКАЯ С.Д. — 2014 г.

    Дано точное решение уравнений магнитной гидродинамики с плоскими волнами, описывающее твердотельное движение идеально проводящего газа в заданном однородном гравитационном поле. Движение вызвано воздействием поршня, создающего ударную волну, распространяющуюся по начальному состоянию равновесия с падающей плотностью. Решение содержит одну произвольную функцию лагранжевой переменной, выбор которой влияет на картину движения.

  • КАРТА РЕЖИМОВ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ КОНВЕКТИВНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ МЕТОДА ЧОХРАЛЬСКОГО

    БЕССОНОВ О.А., ПОЛЕЖАЕВ В.И. — 2014 г.

    Представлена обобщенная диаграмма критических чисел Грасгофа в зависимости от числа Прандтля, показывающая зоны возникновения колебания полей течения и температуры в осе-симметричной и трехмерной постановках модели метода выращивания кристаллов вытягиванием из расплава. Обсуждаются структура термиков при высоких числах Прандтля, особенности трехмерной структуры конвекции в зонах стабилизации и смены опасных мод при разных числах Прандтля. Приведены оценки влияния вращения кристалла на структуру полей течения и температуры.

  • КОЛЬЦЕВАЯ ПОВЕРХНОСТНО ЗАРЯЖЕННАЯ СТРУЯ ВО ВНЕШНЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

    ШКАДОВ В.Я., ШУТОВ А.А. — 2014 г.

    Рассмотрена задача о форме кольцевой заряженной струи во внешнем электрическом поле. В приближении сильного поля постановка сведена к системе обыкновенных дифференциаль% ных уравнений. Исследована асимптотика решения на больших расстояниях от точки истече% ния. Найдено условие формирования невозрастающего профиля струи в зависимости от про% дольной координаты.

  • КОНВЕКЦИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ ВО ВРАЩАЮЩЕМСЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ЦИЛИНДРЕ

    ВЯТКИН А.А., ИВАНОВА А.А., КОЗЛОВ В.Г., САБИРОВ Р.Р. — 2014 г.

    Экспериментально исследована тепловая конвекция жидкости с равномерно распределенными по объему внутренними источниками тепла в горизонтальном цилиндре, вращающемся вокруг собственной оси. Температура границы полости поддерживалась постоянной. Изучены порог возбуждения конвективных течений и их структура в зависимости от мощности тепловыделения и скорости вращения. Опыты выполнены на воде и водоглицериновых растворах. Показано, что при быстром вращении жидкость находится в устойчивом квазиравновесном состоянии – распределение температуры осесимметрично и имеет максимум в центре полости. Обнаружено, что при понижении скорости вращения пороговым образом возникает конвективное течение в виде вихревых ячеек, периодически расположенных вдоль оси. Показано, что тепловая конвекция во вращающейся полости определяется действием двух различных механизмов. Один из них связан с центробежной силой инерции и играет стабилизирующую роль, другой, термовибрационный, связан с колебаниями неизотермической жидкости в системе отсчета полости под действием силы тяжести, и отвечает за возникновение осредненной тепловой конвекции. На плоскости управляющих безразмерных параметров построены границы возникновения конвекции, изучен теплоперенос в надкритической области.

  • ЛИНЕЙНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ СКОЛЬЗЯЩЕГО КРЫЛА

    ЕРМОЛАЕВ Ю.Г., КОЛОСОВ Г.Л., КОСИНОВ А.Д., СЕМЕНОВ Н.В. — 2014 г.

    Выполнено экспериментальное исследование линейного развития контролируемых возмущений в трехмерном сверхзвуковом пограничном слое на модели скользящего крыла с острой передней кромкой при числе Маха M = 2. Получены пространственно-временные и спектрально-волновые характеристики волнового поезда неустойчивых возмущений. Подтверждена несимметричность этих характеристик, вызываемая вторичным течением в пространственном пограничном слое.

  • ЛОКАЛИЗОВАННЫЕ КОНВЕКТИВНЫЕ ТЕЧЕНИЯ В СЛОЕ НЕОДНОРОДНО НАГРЕТОЙ ЖИДКОСТИ

    АРИСТОВ С.Н., КНЯЗЕВ Д.В. — 2014 г.

    В рамках класса точных решений уравнений тепловой конвекции в приближении Обербека- Буссинеска, предполагающего линейную зависимость температуры и вертикальной компоненты скорости от высоты, изучено неавтомодельное поведение локализованных возмущений специального типа в слое неравномерно нагретой жидкости. Показано, что в неустойчиво стратифицированной среде эти возмущения способны эволюционировать к изотермическим образованиям типа вихрей Бюргерса. В условиях устойчивой стратификации либо однородного нагрева слоя рассмотренные возмущения стремятся к состоянию покоя колебательным или монотонным образом. Найдены новые решения, описывающие автомодельные конвективные вихри.

  • МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ НАРОСТОВ ЛЬДА НА ПОВЕРХНОСТИ ПРОФИЛЯ КРЫЛА

    АЛЕКСЕЕНКО С.В., ПРИХОДЬКО А.А. — 2014 г.

    Проанализированы основные модели и методы исследования процессов обледенения аэродинамических поверхностей, метеорологические параметры при обледенении, типы облаков, виды образующейся наледи, системы защиты от обледенения. Разработано программно-методическое обеспечение, позволяющее моделировать процессы образования льда на передней кромке профиля крыла. При описании движения несущей среды использованы уравнения На-вье-Стокса сжимаемого газа с применением модели турбулентности Spalart-Allmaras. Для описания движения переохлажденных капель воды применена инерционная модель. Численное моделирование процесса нарастания льда основано на методе контрольных объемов, заключающемся в решении дифференциальных уравнений сохранения массы, импульса и энергии для каждого элемента поверхности с применением модели, учитывающей поведение поверхностной влаги на макро- и микроуровне. На примере профиля NACA 0012 воспроизведены основные формы ледяных наростов при двухмерном обтекании двухфазным вязким сжимаемым потоком с учетом режима нарастания льда, формы существования влаги на профиле, подогрева поверхности и влияния изменения его геометрии на внешний поток и аэродинамические характеристики.

  • МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ В ВЕТРОГЕНЕРАТОРАХ С ВЕРТИКАЛЬНОЙ ОСЬЮ

    ПЬЯНКОВ К.С., ТОПОРКОВ М.Н. — 2014 г.

    Рассмотрено течение в двумерной постановке в рамках уравнений Навье-Стокса в роторах ветрогенераторов с вертикальной осью типа Дарье и Савониуса, а также их комбинации. Проведено параметрическое исследование характеристик ротора Дарье. Для всех конфигураций посчитаны зависимости коэффициентов момента и мощности от параметра быстроходности ротора. Проведено исследование возможности автозапуска ротора Дарье из состояния покоя. Исследован эффект немонотонного изменения момента при коэффициентах быстроходности от 0.5 до 1 для ротора типа Дарье. Для решения проблем, связанных с малым моментом ротора Дарье на старте, рассмотрена комбинированная схема ротора Дарье-Савониуса.

  • МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ ПОПЕРЕЧНЫХ СТРУКТУР ПРИ ОБТЕКАНИИ ТЕЛА СВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ ГАЗА

    ЛИПАТОВ И.И., ТУГАЗАКОВ Р.Я. — 2014 г.

    Прямым численным моделированием в рамках уравнений Навье-Стокса исследован механизм зарождения поперечных структур (продольных вихрей) в задаче обтекания пластины сверхзвуковым потоком газа (М = 6) при падении на нее ударной волны. Показано, что вихри, образующиеся на боковых краях пластины, являются источником полосчатых продольных структур в области отрыва пограничного слоя от пластины. Их взаимодействие с вихрями Кельвина - Гельмгольца в области падения ударной волны на пластину приводит к образованию грибообразных структур (продольных вихрей), аналогичных азимутальным Л - структурам в дозвуковых струях. Рассмотрено влияние ширины пластины на процессы образования и турбу- лизацию грибообразных структур.

  • МОДАЛЬНАЯ И НЕМОДАЛЬНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ТЕЧЕНИЯ ЗАПЫЛЕННОГО ГАЗА В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ

    БОРОНИН С.А., ОСИПЦОВ А.Н. — 2014 г.

    В рамках модели взаимопроникающих континуумов рассматривается линейная гидродинамическая устойчивость течения запыленного газа в пограничном слое на плоской пластине. Межфазное взаимодействие описывается силами Стокса и Сэфмана. Объемная доля частиц пренебрежимо мала, но их обратное влияние на несущую фазу учитывается в силу конечности массовой концентрации дисперсной фазы. В основном течении скорости фаз совпадают, частицы распределены неравномерно - в виде локализованного пылевого слоя. Линеаризованные уравнения движения двухфазной среды относительно малых трехмерных возмущений сведены к пяти дифференциальным уравнениям относительно амплитуд возмущений нормальных компонент скорости и завихренности несущей фазы и трех компонент скорости среды частиц. В рамках классического (модального) подхода проведен анализ двумерных возмущений и найдена зависимость критического числа Рейнольдса от безразмерных параметров. Получено, что течение наиболее устойчиво, когда максимум концентрации частиц находится в окрестности так называемого критического слоя. Проведен анализ немодальной (алгебраической) неустойчивости, наибольшая кинетическая энергия оптимальных возмущений достигается в случае, когда узкий пылевой слой находится в окрестности толщины вытеснения.

  • МОДЕЛИРОВАНИЕ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ТЕЧЕНИЯ МЕЖДУ КОАКСИАЛЬНЫМИ ЦИЛИНДРАМИ ДЛЯ ЖИДКОСТИ С ЭФФЕКТОМ ОТВЕРДЕВАНИЯ

    КОЛОДЕЖНОВ В.Н. — 2014 г.

    Проведен анализ пяти основных схем течения жидкости с эффектом отвердевания между коаксиальными цилиндрами. Получены зависимости угловой скорости вращения внутреннего цилиндра от приложенного к нему крутящего момента. Показано, что эта зависимость не является монотонно возрастающей. Превышение крутящим моментом некоторого критического значения приводит к снижению угловой скорости.

  • МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНО -ДИССОЦИАЦИОННОЙ КИНЕТИКИ КИСЛОРОДА ПРИ ТЕМПЕРАТУРАХ 4000– 11000 К

    ИБРАГИМОВА Л.Б., ЛЕВАШОВ В.Ю., СЕРГИЕВСКАЯ А.Л., ШАТАЛОВ О.П. — 2014 г.

    Измеренные ранее в экспериментах за сильной ударной волной временные профили колебательной температуры Т υ молекулярного кислорода были использованы для тестирования теоретических и эмпирических моделей термически неравновесной диссоциации молекул. С этой целью выполнены расчеты течения диссоциирующего газа за фронтом сильной ударной волны с учетом этих моделей. При начальной температуре газа за фронтом волны T 0 < 6.5 ⋅103 K модели хорошо описывают временной( ход измеренной температуры. Однако при Т 0 > 7 · 103 K ни одна из тестируемых моделей не описывает удовлетворительно измеренные температурные профили. Использование предложенной в работе эмпирической модели позволило удовлетворительно описать эволюцию колебательной температуры, наблюдаемую в экспериментах при температурах до 11 103 К.

  • МОДЕЛЬ КРИТИЧЕСКОГО ПОТОКА КИПЯЩЕЙ ЖИДКОСТИ, УЧИТЫВАЮЩАЯ ПРИСТЕНОЧНОЕ ВСКИПАНИЕ

    ИВАШНЕВ О.Е. — 2014 г.

    Для моделирования критических потоков вскипающей жидкости предложена модель, учитывающая существование двух паровых фаз: α-пузырьков, “скрепленных” со стенками канала и β -пузырьков, движущихся в потоке. Учитывается возможность разрушения обеих групп пузырьков за счет как неустойчивости Кельвина–Гельмгольца, вызванной обтеканием пузырьков, так и неустойчивости Рэлея–Тейлора, индуцированной увеличением скорости расширения пароводяной смеси. Показано, что эксперименты по разгерметизации сосудов высокого давления можно объяснить, предполагая, что начальные центры кипения находятся только на стенках, а в объеме пузырьки появляются после вбрасывания в поток фрагментов раздробившихся пристеночных пузырьков. С экспериментальными осциллограммами сопоставлены расчетные кривые, полученные по предлагаемой модели и моделям, которые учитывают один вид неустойчивости: Кельвина– Гельмгольца и Рэлея–Тейлора. Описаны волны, сопровождающие процесс разгерметизации сосуда.

  • НЕЛИНЕЙНОЕ РЕЗОНАНСНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТРЕХ КАПИЛЛЯРНО-ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН НА ПЛОСКОЙ ЗАРЯЖЕННОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЖИДКОСТИ

    ШИРЯЕВА С.О. — 2014 г.

    В аналитических расчетах второго порядка малости проанализировано трехволновое взаимодействие капиллярно-гравитационных волн на однородно заряженной свободной поверхности жидкости. Изучена временная эволюция амплитуд волн, находящихся в состоянии нелинейного резонанса. Показано, что количество трехволновых резонансов бесконечно и что их точные положения для волн конечной амплитуды зависят от начальных условий.

  • НЕЛИНЕЙНЫЕ АКУСТИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ В ЗАКРУЧЕННЫХ ГАЗОВЫХ ПОТОКАХ

    ВИШЕРАТИН К.Н., КАЛАШНИК М.В. — 2014 г.

    Построен класс точных решений уравнений газовой динамики с линейной зависимостью компонент скорости от координат и функциональным произволом в распределении плотности (энтропии). С использованием этого класса изучены характеристики акустических колебаний, возникающих при отклонениях закрученного газового потока от стационарного режима цикло-строфического равновесия - равновесия между градиентом давления и центробежной силой. Получено выражение для основной частоты колебаний, согласующееся с измерениями.

  • НЕСТАЦИОНАРНАЯ ЗАРЯДКА ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ИЗОЛИРОВАННОЙ СФЕРЫ В ТУРБУЛЕНТНОМ ПОТОКЕ С ИОННОЙ КОМПОНЕНТОЙ ПРИ НАЛИЧИИ ВНЕШНЕГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

    ВАТАЖИН А.Б., УЛЫБЫШЕВ К.Е., ХОЛЩЕВНИКОВА Е.К. — 2014 г.

    Рассмотрен нестационарный процесс накопления заряда на электрически изолированной сфере при ее обтекании турбулентной средой, содержащей ионную компоненту, при наличии внешнего электрического поля. Численное моделирование проведено на основе нестационарных электродинамических уравнений и осредненных уравнений Навье–Стокса (приближение RANS) c использованием однопараметрической модели турбулентной вязкости. Определены распределения концентрации ионов, электрического тока и потенциала. Проанализированы особенности полученной зависимости потенциала сферы от времени.