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

КРАШЕНИННИКОВ С.Ю., МИРОНОВ А.К., ПУДОВИКОВ Д.Е., ТОКТАЛИЕВ П.Д. — 2015 г.

Свободные турбулентные струи создают возмущения в окружающей среде, которые на некотором отдалении от струи воспринимаются как звуковые волны. Эти возмущения обусловлены нестационарным пульсационным движением среды в струйном течении (перемежаемостью). Происхождение акустических возмущений может быть объяснено перемежаемостью турбулентности. Движущиеся динамические неоднородности турбулентной жидкости из-за пониженного давления в них индуцируют подтекание к струе, которое оказывается пульсирующим, поскольку движение турбулентной жидкости нестационарно. Предполагаемый механизм образования акустических возмущений при распространении турбулентных струй проверялся в численных и экспериментальных исследованиях, в частности, рассматривалось образование акустических пульсаций в полупространстве над поверхностью, в которой расположен пульсирующий сток конечных размеров, на основе вычислительного эксперимента с численным решением нестационарных уравнений Рейнольдса. Проводился вычислительный эксперимент на основе технологии LES (Large Eddy Simulation - метод крупных вихрей), по результатам которого определялись пульсационные характеристики течения в закрученной струе и направление потока энергии возмущений в окружающей среде. Было проведено экспериментальное исследование возмущений, создаваемых в окружающей среде сильно закрученной струей.

КНУТОВА Н.С., ШВАРЦ К.Г. — 2015 г.

Исследуется адвективное термокапиллярное течение, возникающее в слабо вращающемся горизонтальном слое жидкости в условиях микрогравитации. Границы слоя свободные и считаются плоскими, на них действует касательная термокапиллярная сила Марангони. На границах имеется теплоотдача по закону Ньютона, температура среды вблизи границ слоя - линейная функция координат. Ось вращения перпендикулярна слою жидкости, вращение слабое, что позволяет пренебрегать центробежной силой. Рассматриваемое течение описывается аналитически как точное решение уравнений Навье-Стокса. В рамках линейной теории исследованы нейтральные кривые, описывающие зависимость критического числа Марангони от волнового числа при различных значениях чисел Тейлора и Грасгофа и числе Прандтля Pr = 6.7.

КОЗЕЛКОВ А.С., КУРКИН А.А., КУРУЛИН В.В., ЛЕГЧАНОВ М.А., ТЯТЮШКИНА Е.С., ЦИБЕРЕВА Ю.А. — 2015 г.

Приводится описание RANS-моделей турбулентности, предназначенных для моделирования турбулентных течений с низкими числами Прандтля. На примере течения натриевого жидкометаллического теплоносителя сравниваются представленные специализированные модели и стандартные RANS-модели, имеющие наивысший рейтинг применимости. Корректность моделирования теплообмена специализированными моделями исследуется на примере обтекания обратного подогреваемого уступа, для которого, кроме тепловых оцениваются и динамические характеристики.

КОРШУНОВ А.И. — 2015 г.

Представлена методика расчета, позволяющая предсказать поведение крупно- и мелкомасштабных капиллярных деформаций на поверхности капли воды после отрыва. Расчетная схема основана на решении Рэлея для колебаний капли идеальной несжимаемой жидкости и позволяет получить результаты, отличающиеся от экспериментальных данных не более 5%.

БИРИХ Р.В., ПУХНАЧЕВ В.В., ФРОЛОВСКАЯ О.А. — 2015 г.

Рассматривается тепловая конвекция в горизонтальном канале с продольным градиентом температуры, меняющимся со временем по экспоненциальному закону. Сделана попытка описать задержку возникновения термокапиллярной конвекции из-за наличия на поверхности жидкости поверхностной пленки. Показано различие в структуре конвективного течения при неподвижной пленке и при ее разрушении. Приведено точное решение для плоскопараллельного течения под поверхностью с трением, пропорциональным скорости при постоянном продольном градиенте температуры. Конечно-разностным методом получено решение нестационарной задачи в модели с бингамовскими свойствами поверхности жидкости.

БЕССОНОВ О.А. — 2015 г.

Представлены результаты расчетов по исследованию влияния вращения кристалла на устойчивость течений в широком диапазоне значений числа Прандля (Pr). Для низких Pr определены режимы с повышенным порогом устойчивости, рассмотрены механизмы потери устойчивости при превышении критических значений числа Грасгофа (Gr) и скорости вращения кристалла. Для средних и высоких Pr представлены таблицы режимов течений, рассмотрены особенности устойчивых неосесимметричных спиральных течений различных типов, выявлены зоны частичной стабилизации течения.

КОЛЕСНИКОВ А.Ф., САХАРОВ В.И. — 2015 г.

На основе концепции локального моделирования теплообмена пересчитаны параметры сверхзвукового обтекания цилиндрической модели с плоским торцом в недорасширенных струях диссоциированного углекислого газа в широком диапазоне рабочих параметров ВЧ-плазмотрона ВГУ-4 на условия входа сферы в атмосферу Марса с гиперзвуковой скоростью. Определены характеристики теплообмена, которые подобны в эксперименте и гиперзвуковом обтекании углекислым газом.

БУЧАЧЕНКО А.А., КОВАЛЕВ В.Л., КРУПНОВ А.А. — 2015 г.

На основе квантово-механических расчетов в рамках кластерных моделей и литературных данных определены коэффициенты скоростей элементарных стадий полной системы гетерогенной каталитической рекомбинации диссоциированного воздуха на поверхностях теплозащитных керамических покрытий Р-кристобалит и a-Al 2O 3. Учитывались процессы ударной и ассоциативной рекомбинации адсорбированных атомов кислорода и азота.

БЕЛОУСОВ Л.В., ЛОГВЕНКОВ С.А., ШТЕЙН А.А. — 2015 г.

Предложена континуальная модель эмбриональной эпителиальной ткани с учетом активных деформаций и переупаковки клеток. Тензор напряжений рассматривается как сумма напряжений, испытываемых непосредственно клеткой, и тензора активных напряжений, создаваемых сокращением закрепленных на поверхности соседних клеток клеточных отростков и развивающихся в ответ на изменение формы (деформацию) клеток. Тензор скоростей деформаций включает три составляющие: упругую и две неупругие, связанные с активной деформацией клеток и их переупаковкой. Скорость изменения первой из этих составляющих зависит от напряжений в клетках и достигнутого уровня клеточных деформаций, а скорость второй определяется активными напряжениями. Решена задача о реакции тонкого пласта на быстрое растяжение и получено соответствие с экспериментальными данными.

ДЕКТЕРЁВ А.А., ЗАХАРОВ А.В., МИНАКОВ А.В., ПЛАТОНОВ Д.В., ПЫЛЕВ И.М. — 2015 г.

Представлены результаты моделирования нестационарного трехмерного течения в проточном тракте гидротурбин двух высоконапорных ГЭС. Проанализирована структура течения за рабочим колесом турбины, и показано её влияние на частоту и интенсивность нестационарных процессов в проточном тракте. Выявлены индивидуальные особенности и общие тенденции в поведении пульсационных характеристик обеих гидротурбин.

АЛЕКСИН В.А. — 2015 г.

В условиях высокой интенсивности турбулентности набегающего потока на основе полуэмпирических дифференциальных моделей турбулентности изучаются динамические и тепловые характеристики стационарных пристеночных пограничных слоев. Метод переноса граничных условий со стенки в поток апробируется для течений с ламинарно-турбулентным переходом. С применением модифицированных моделей турбулентности для низких чисел Рейнольдса изучено влияние параметров набегающего потока с высокой интенсивностью турбулентности на развитие динамических и тепловых процессов в пограничном слое при переходном режиме и развитой турбулентности. Проведено сопоставление расчетных профилей скорости, кинетической энергии турбулентности и температуры, коэффициентов трения и теплопередачи при задании граничных условий как на стенке, так и в потоке с экспериментальными данными. Установлен возможный диапазон местоположения промежуточной границы.

ГАВРИЛОВ А.А., ДЕКТЕРЁВ А.А., СЕНТЯБОВ А.В. — 2015 г.

Проведено численное моделирование закрученных течений с помощью нестационарной модели на основе уравнений переноса рейнольдсовых напряжений. Рассмотрены закрученные течения, в которых возникает прецессия вихревого ядра, а именно закрученное течение после внезапного расширения и закрученное течение в горелочном устройстве с кольцевым подводом. Показано, что рассмотренный метод хорошо воспроизводит образующееся вследствие прецессии вихревого ядра рециркуляционное течение как по усредненным, так и по пульсационным величинам. В то же время расчеты по нестационарной модели затягивают центральную зону рециркуляции. Установлено, что сопоставимый вклад в турбулентный перенос вносят и разрешаемые, и моделируемые составляющие тензора напряжений Рейнольдса.

БУРНАШЕВ В.Ф., ХУЖАЁРОВ Б.Х. — 2015 г.

Рассматривается задача моделирования кислотной обработки доломитового коллектора призабойной зоны нефтяного пласта с учетом кольматации породы. Моделирование процесса осуществляется в рамках механики многокомпонентной многофазной фильтрации с использованием осредненных величин фильтрационно-емкостных параметров с учетом кинетики растворения доломитовой породы кислотой. Представлена математическая модель процесса, учитывающая фильтрацию жидкости и химическую реакцию кислоты с матрицей породы, протекающую в кинетическом режиме. На основе предложенной модели исследуются продвижение активной примеси и изменение фильтрационных характеристик пласта в ходе нагнетания реагента. Оценивается влияние кольматации породы на протекание процесса кислотной обработки. Выполнены численные расчеты и определены характеристики процесса.

КОШЕЛЕВ К.Б., ПЫШНОГРАЙ Г.В., ТОЛСТЫХ М.Ю. — 2015 г.

Для решения задачи математического моделирования трехмерных течений нелинейной вязкоупругой жидкости в плоскопараллельном канале с внезапным сужением используется модифицированная реологическая модель Виноградова-Покровского. Получение дискретных аналогов осуществляется методом контрольного объема с разделением по физическим процессам, а численная реализация проводится с использованием графических процессоров на основе технологии параллельных вычислений CUDA. Рассчитаны поля скоростей и напряжений для двух образцов расплавов полиэтилена и отмечается наличие циркуляционного течения в области входа в щелевой канал. При этом размеры вихря существенно зависят от реологических характеристик расплава.

ПАХОМОВ М.А., ТЕРЕХОВ В.И. — 2015 г.

Представлены результаты расчета структуры течения в вертикальном полидисперсном газожидкостном потоке в трубе. Математическая модель основана на использовании эйлерова описания с учетом обратного влияния пузырьков на осредненные характеристики и турбулентность несущей фазы. Турбулентная кинетическая энергия жидкости рассчитывается с применением уравнений переноса рейнольдсовых напряжений. Динамика пузырьков описывается с учетом изменения среднего объема пузырька за счет их дробления и коалесценции. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными показало, что разработанный подход позволяет адекватно описывать турбулентные газожидкостные течения в широком диапазоне изменения газосодержания и начальных размеров пузырьков.

КОЗЕЛКОВ А.С., КУРКИН А.А., КУРУЛИН В.В., ПЕЛИНОВСКИЙ Е.Н. — 2015 г.

Представлены результаты моделирования цунами космогенного происхождения при использовании двух моделей их генерации. В первой модели параметризованный источник задается аналитическим выражением, а во второй - получен численным решением системы уравнений Навье-Стокса. Приведены результаты расчетов распространения волн в бассейне постоянной глубины, и проведено сопоставление волновых характеристик.

МАСЛОВ В.П., МИРОНОВ А.К., ПИЧКОВ К.Н., СЕКУНДОВ А.Н., ЧЕПРАСОВ С.А. — 2015 г.

Представлены результаты экспериментального исследования собственного шума обтекания двух вариантов звукопоглощающих конструкций. С использованием известных теоретических работ и численных расчетов турбулентного пограничного слоя на шероховатой поверхности предложен способ описания шума указанных конструкций. Тесты, проведенные с использованием метода моделирования крупных вихрей, показали удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных данных.

РУНОВА О.А., ТАКТАРОВ Н.Г. — 2015 г.

Сформулирована и исследована математическая модель неустойчивости и разрушения струи газа в магнитной жидкости во внешнем магнитном поле, направленном вдоль оси струи. Найдены условия, при которых возмущения поверхности струи становятся неустойчивыми и приводят к ее разрушению на отдельные пузыри газа. Показано, что с увеличением магнитного поля размер образующихся пузырей возрастает, а скорость их роста и частота возникновения уменьшаются. Задача представляет интерес в связи с изучением кипения магнитных жидкостей.

ЕГЕРЕВА Э.Н., РУНОВА О.А., ТАКТАРОВ Н.Г. — 2015 г.

Сформулирована и исследована математическая модель распространения и неустойчивости волн на поверхности цилиндрического столба магнитной жидкости бесконечной длины, окружающей коаксиально расположенное, длинное пористое ядро круглого сечения. Найдены условия, при которых возмущения поверхности жидкого столба становятся неустойчивыми и приводят к его распаду на цепочку из соединенных капель. Показано, что длина этих капель увеличивается с возрастанием магнитного поля.

АРХИПОВ В.А., ВАСЕНИН И.М., ТКАЧЕНКО А.С., УСАНИНА А.С. — 2015 г.

Исследуется всплытие из состояния покоя малых пузырьков в вязкой несжимаемой жидкости. Получено выражение для силы Бассе, действующей на пузырек в вязкой жидкости, которое отличается множителем от силы, полученной Бассе для твердой сферы. Аналитически решена задача о нестационарном всплытии пузырька. Экспериментально исследовано всплытие пузырьков, и проведено сравнение экспериментальных и теоретических результатов.