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

ВОЛКОВА Т.И., НАЛЕТОВА В.А. — 2014 г.

Теоретически исследована статическая цилиндрическая форма поверхности конечного объема магнитной жидкости, находящегося между горизонтальными пластинами. Неоднородное магнитное поле создается линейным горизонтальным проводником с током, расположенным над верхней пластиной. Рассмотрена вариационная задача о минимуме энергии односвязного объема магнитной жидкости относительно плоских возмущений поверхности. Задача решена для произвольных магнитных полей в безындукционном приближении, с учетом силы тяжести и поверхностного натяжения. Найдены неустойчивые решения. Исследована возможность скачкообразного поведения формы поверхности конечного объема магнитной жидкости при квазистатическом изменении тока в проводнике.

ГРИГОРЬЕВ А.И., ФЕДОРОВ М.С., ШИРЯЕВА С.О. — 2014 г.

Для двухслойной жидкости в асимптотике малых кинематических вязкостей выведены аналитические выражения для декрементов затухания поверхностных (на свободной границе) и внутренних (на границе раздела) волн. Обнаружено, что декременты затухания внутренних волн примерно на два порядка меньше декрементов поверхностных волн, что объясняется разницей в частотах при прочих равных условиях. Величина декрементов зависит от кинематических вязкостей обеих сред, но при малом значении вязкости одной из сред определяется в основном вязкостью другой среды, что позволяет пользоваться моделью контакта вязкой среды с невязкой. Частоты капиллярных поверхностных и внутренних волн в капиллярном аналоге эффекта “мертвой воды” сильно различаются по величине, что сказывается на наличии большой разницы в величинах декремента.

РАМАЗАНОВ М.М. — 2014 г.

Исследованы условия отсутствия естественной конвекции в сжимаемых жидкостях и газах. Показано, что в параметрической плоскости число Рэлея-заданный перепад температуры имеется область, где конвекция не возникает ни при каких числах Рэлея. Предложено эту область назвать областью абсолютной конвективной устойчивости, а критерий, определяющий границу этой области, - критерием абсолютной конвективной устойчивости. Выведены необходимое, достаточное, а также необходимое и достаточное условия абсолютной конвективной устойчивости сжимаемой вязкой теплопроводной жидкости. Показано, что в частном случае, когда теплофизические свойства жидкости и адиабатический градиент постоянны, указанные условия совпадают с критерием Шварцшильда.

МАКЛАКОВ Д.В., СУЛЕЙМАНОВ С.З. — 2014 г.

В работе исследуется задача о натекании струи на стенку произвольной конфигурации. Криволинейная стенка аппроксимируется полигоном с достаточно большим числом звеньев, а затем для решения задачи струйного обтекания применяется метод, основанный на классическом подходе Н.Е. Жуковского и Дж.Х. Мичелла. Путем последовательного смещения струи установлено, что при определенной конфигурации стенки задача может иметь два решения, одно из которых - неоднолистно. Выявлены предельные режимы течения, характеризующиеся полным исчезновением одной из струй, образующихся после разделения основной натекающей струи. Сделана попытка смоделировать известный опыт об устойчивом положении лежащего на горизонтальном дне шарика при падении на него сверху тонкой струи воды. При моделировании шарик заменяется круговым цилиндром, обтекаемым безотрывно. Численно показано, что любое смещение струи вправо или влево от положения действующей на цилиндр нулевой горизонтальной силы приводит к возникновению неравной нулю силы противоположного направления, что говорит об абсолютной неустойчивости цилиндра в струе при безотрывном обтекании.

ЗУБИН М.А., МАКСИМОВ Ф.А., ОСТАПЕНКО Н.А. — 2014 г.

Представлены результаты численного и экспериментального исследования структуры течения при симметричном и несимметричном обтекании V-образных крыльев с присоединенными ударными волнами на передних кромках. Основное внимание уделено появлению в ударном слое новых критических точек, в том числе вихревых особенностей Ферри, и преобразованиям в структуре течения при увеличении углов атаки и скольжения. В частности, установлено, что структура течения в плоскости симметрии течения около V-образных крыльев без угла скольжения при реализации маховской конфигурации ударных волн с увеличением угла атаки претерпевает скачкообразное изменение. В дополнение к одной особенности Ферри узлового типа, расположенной в точке излома поперечного контура крыла в плоскости симметрии течения, возникают еще две критические точки: растекания и стекания (вторая особенность Ферри, расположенная ближе к мостообразному скачку уплотнения маховской системы ударных волн). Последняя точка может быть как узлового, так и седлового типа. Во втором случае в вершинах контактных разрывов, выходящих из критической точки по обе стороны плоскости симметрии, располагаются вихревые особенности Ферри. Приведены некоторые данные о положении критических точек относительно излома контура крыла в зависимости от его геометрических параметров, а также трансформация топологической картины течения в ударном слое при наличии угла скольжения. Сравнение результатов расчетов в рамках модели Эйлера и экспериментальных данных о структуре течения в ударном слое, полученных с использованием специального оптического метода для визуализации сверхзвуковых конических течений, показало их удовлетворительное согласие.

ТАКОВИЦКИЙ С.А. — 2014 г.

Рассмотрена задача уменьшения аэродинамических потерь на балансировку на режиме сверхзвукового полета. На примерах профиля нулевой толщины и пространственной компоновки самолета с крылом сложной формы в плане выполнен анализ и сопоставление составляющих лобового сопротивления, обусловленных деформацией аэродинамической поверхности и размещением балансировочного груза. Показано, что минимальные значения аэродинамического сопротивления достигаются при комплексной оптимизации с включением массы балласта в состав варьируемых параметров.

САЗОНОВ В.С. — 2014 г.

Исследованы распределения параметров ударных волн с высвечиванием, возникающих при воздействии высокоскоростного потока разреженного газа на плоскую преграду с учетом ее отражательной способности. В случае воздействия алюминиевой плазмы проведены численные расчеты нестационарных радиационно-газодинамических течений с ударными волнами методом Лакса–Вендроффа при различных значениях коэффициента отражения излучения от преграды. Перенос излучения учитывался в приближении “серого” газа. Для квазистационарной стадии рассмотрена структура пристеночного ударно-сжатого слоя в приближении лучистой теплопроводности.

ПЕТРОВ А.Г. — 2014 г.

Исследуются точные решения уравнений Навье-Стокса в слое между параллельными пластинами, расстояние между которыми меняется пропорционально квадратному корню из времени. На границе пластин ставится условие прилипания. При сближении пластин получено семейство решений, непрерывно зависящих от числа Рейнольдса. При разъединении пластин найдено счетное семейство точных решений, каждое из которых непрерывно зависит от числа Рейнольдса. При достаточно большом числе Рейнольдса вблизи границы образуется противотечение: скорость направлена в противоположном направлении по отношению к средней скорости. На основе найденного точного решения вычислены относительные погрешности асимптотических теорий смазочного слоя Рейнольдса и пограничного слоя Прандтля.

КАРЛИКОВ В.П., ТОЛОКОННИКОВ С.Л. — 2014 г.

Представлены некоторые результаты экспериментального изучения гидродинамических эффектов, возникающих при проникании через поверхность жидкости, находящейся в сосудах прямоугольной формы разного размера, свободных тонкостенных турбулентных струй жидкости, вытекающих из конического щелевого сопла с вертикальной осью. Найдены диапазоны значений расходов струй и удаления сопла от свободной поверхности, в которых наблюдаются устойчивые регулярные поперечные автоколебания границ куполообразных струй. Для фиксированных значений угла конусности а = 60° и ширины щели сопла 5 = 0.1 см показан характерный вид зависимостей периода таких автоколебаний от расхода в струе и удаления щелевого сопла от свободной поверхности (высоты купола). Обсуждаются механизм формирования автоколебательных режимов, а также возможные причины обнаруженных бифуркационной смены режима колебаний при некоторых значениях определяющих параметров и гистерезисных эффектов. Описаны особенности течений, возникающих на поверхности и внутри жидкости под куполом.

АНАНЬЕВ Д.В., ВАЧАГИНА Е.К., КАДЫЙРОВ А.И., КАЙНОВА А.А., ОСИПОВ Г.Т. — 2014 г.

Приведены условия возникновения слабых тангенциальных разрывов профиля скорости при изотермическом течении вязкоупругих сред Фан-Тьен-Таннера в плоскощелевых каналах и круглых трубах.

ОСИПЦОВ А.А., СИНЬКОВ К.Ф., СПЕСИВЦЕВ П.Е. — 2014 г.

Рассматривается течение двухфазной смеси жидкости и дисперсной фазы (газа) в трубе круглого сечения с переменным углом наклона к горизонту в приложении к течениям в нефтяных и газовых скважинах. В рамках многоконтинуального подхода представлен вывод асимптотических уравнений модели дрейфа, записанной в виде алгебраического соотношения для скоростей фаз и одного уравнения сохранения импульса смеси в терминах среднеобъемной скорости смеси. Показано, что модель дрейфа в данной формулировке строго следует из законов сохранения в предположении безынерционного проскальзывания фаз и при выполнении одного из следующих условий: либо объемная доля дисперсной фазы мала, либо проскальзыванием фаз можно пренебречь, либо течение происходит в безынерционном режиме, когда ускорением смеси можно пренебречь. Реализован численный алгоритм решения полученных уравнений модели дрейфа на основе метода SIMPLE. Проиллюстрирована возможность моделирования гравитационной сегрегации и восстановления давления при закрытии скважины, а также нестационарного пробкового течения.

ЦЫПКИН Г.Г. — 2014 г.

Исследуется инжекция углекислого газа в пласт, содержащий метан и воду в свободном состоянии. Предложена математическая модель образования гидрата углекислого газа на фронте фазового перехода, разделяющем области метана и двуокиси углерода. Выведены условия на поверхности раздела, и найдено асимптотическое решение задачи. Показано, что образование гидрата CO 2 может происходить при давлениях и температурах, не лежащих на кривой диссоциации. Получены критические диаграммы процесса, определяющие диапазоны параметров, при которых происходит полный переход закачиваемого газа в гидратное состояние.

АСЕМБАЕВА М.К., МУКАМЕДЕНКЫЗЫ В., НЫСАНБАЕВА А.Т., ПОЯРКОВ И.В., ФЕДОРЕНКО О.В. — 2014 г.

Численно определена граница молекулярного массопереноса в изотермической трехкомпо-нентной газовой системе для плоского вертикального диффузионного канала с массонепрони-цаемыми стенками. Определено критическое число Рэлея смены режима "диффузия-конвекция" для щелевого канала. Показано, что теоретические исследования, проведенные в рамках линейной теории устойчивости, согласуются с экспериментальными данными.

ШАМАЕВ А.С., ШУМИЛОВА В.В. — 2014 г.

Рассмотрена гетерогенная среда, состоящая из изотропного упругого материала и вязкой сжимаемой жидкости. Одна половина такой среды состоит из сплошного упругого материала, а другая - из взаимно чередующихся слоев упругого материала и жидкости. С помощью усредненной модели гетерогенной среды исследована задача об отражении плоской акустической волны от плоской границы раздела сплошного упругого материала и слоистой среды. Найдены амплитуды отраженной и прошедшей волн для среды, слои которой параллельны или перпендикулярны фронту волны.

ШВАРЦ К.Г. — 2014 г.

Представлено точное решение уравнений Навье-Стокса, описывающее плоскопараллельное адвективное течение в плоском слое несжимающейся жидкости с твердыми границами, на которых задано линейное распределение температуры разных знаков, либо линейный горизонтальный температурный градиент.

ВОРОБЬЕВ С.В., МЫШЕНКОВ Е.В., МЫШЕНКОВА Е.В., ШЕЛГУНОВ Е.Ю. — 2014 г.

Расчетно и экспериментально исследован метод отклонения вектора тяги путем смещения критической поверхности сопла. Смещение происходит за счет выдвижения в поток поворотных створок-дефлекторов, причем один из краев критической поверхности переходит из минимального сечения на поверхность дефлектора. Изучены две конфигурации сопла: с короткими и длинными створками. Получены углы отклонения вектора тяги и коэффициенты тяги сопла на режиме отклонения вектора тяги. Для конфигурации с длинными створками угол поворота вектора тяги достигает 30° и определяется эффектом подсасывания струи к противоположной стенке, родственным эффекту Коанда.

ГАЛКИН В.С., РУСАКОВ С.В. — 2014 г.

Известные выражения для барнеттовских составляющих тензора напряжений и вектора теплового потока одноатомного газа преобразуются к более эффективному виду. Наибольшие упрощения получены для тензора напряжений при использовании обычно применяемых приближенных значений барнеттовских коэффициентов переноса (точных для газа из максвелловских молекул

ВАТАЖИН А.Б., МАКАРОВ А.Ю., СТЕПАНОВ В.А. — 2014 г.

Рассмотрены газодинамические течения в каналах при наличии силового и энергетического воздействия. Предложен приближенный метод решения описывающих эти течения уравнений газовой динамики, состоящий в выделении в течении "активного" объема, в котором сосредоточены интегральные электрическая сила и вкладываемая мощность, плотности которых предполагаются однородными, и в проведении численного интегрирования системы газодинамических уравнений во всем канале (в ламинарном и турбулентном вариантах) с полученными кусочно-постоянными силовыми и энергетическими источниками. Представлены результаты экспериментального исследования течения, которое возникает при включении двух создающих диэлектрический барьерный разряд устройств (ДБР-актуато-ров), установленных на противоположных стенках вертикального канала с постоянным прямоугольным поперечным сечением, и проведено численное моделирование такого течения с помощью разработанного метода. На основе предложенной методики определены характеристики течения в канале модельного дозвукового диффузора, на нижней стенке которого непосредственно перед отрывной зоной расположен ДБР-актуатор, и продемонстрирована эффективность его использования для уменьшения газодинамических потерь

КРАЙКО А.А., ПЬЯНКОВ К.С. — 2014 г.

Рассмотрены примеры профилирования пространственных сопел, близких к оптимальным, с участками дозвукового течения. Профилирование проводилось по разработанной ранее методике прямой оптимизации, использующей аппроксимацию формы искомых объектов поверхностями Бернштейна–Безье, и апробированной как на решении задачи оптимизации сверхзвуковой части осесимметричного сопла Лаваля, так и на задаче профилирования пространственной сверхзвуковой части сопла плотной многосопловой компоновки максимальной тяги. Рассмотрена задача профилирования пространственных околозвуковых сопел двигателя с малой инфракрасной заметностью, а также задача профилирования пространственного сопла высокоскоростного прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Оптимизация околозвуковых сопел осуществляется в рамках уравнений Рейнольдса. Для описания более полного многообразия форм предложена модификация способа описания искомой геометрии – неоднородная поверхность Бернштейна–Безье.

МИХЕЕВ А.Н., МИХЕЕВ Н.И., МОЛОЧНИКОВ В.М. — 2014 г.

Выполнены визуальные исследования структуры течения в ближнем следе за поперечным цилиндром в пульсирующем внешнем потоке. Эксперименты проводились в специализированной установке в широком диапазоне частот и амплитуд наложенных пульсаций. Выявлены характерные режимы обтекания цилиндра и описаны соответствующие особенности структуры течения в следе. На основе обобщения полученной экспериментальной информации построена карта режимов течения.