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

КАЛУГИН А.Г. — 2015 г.

Рассматривается задача о равновесии слоя нематического жидкого кристалла в случае поверхностной энергии, квадратичной по отклонению вектора ориентации от заданного направления (модель Рапини-Папулара), и с учетом дивергентных слагаемых в квадратичном разложении внутренней энергии по градиентам вектора ориентации среды (модель Франка). Наличие таких слагаемых приводит к появлению отклонений директора в плоскости, параллельной границе. Показано, что для слоя (при подходящем выборе невозмущенной ориентации) существуют два критических значения волновых чисел, вблизи которых амплитуда колебаний директора становится сколь угодно большой даже при слабых возмущениях границы, а в случае плоской границы возможны соответствующие нетривиальные периодические решения. При этом наличие одного из волновых чисел не зависит от толщины слоя, а второе волновое число существует при толщине слоя, большей некоторой критической величины.

ГУБИН С.А., КРИВОШЕЕВ А.В., ШАРГАТОВ В.А. — 2015 г.

Рассматривается течение с поверхностью фазового перехода в горизонтально-протяженной пористой среде, когда более тяжелая фаза (вода) находится над более легкой (смесью воздуха с паром). Показано, что если стационарное течение с плоской поверхностью раздела фаз существует и устойчиво по отношению к бесконечно малым гармоническим возмущениям поверхности, то только локализованное конечное возмущение верхней или нижней границы низко- проводящего слоя, направленное вверх, приводит к исчезновению стационарного решения. Такая перестройка течения возможна исключительно в случае несмачиваемой пористой среды. Путем численного эксперимента показано, что существует пороговое значение абсолютной величины амплитуды, при превышении которого стационарное течение перестает существовать. Это пороговое значение уменьшается с увеличением “эффективной” ширины локализованного возмущения и асимптотически приближается к величине, соответствующей бесконечно большой эффективной ширине локализованного возмущения. Найдено аналитическое выражение для этой величины

БЕЛЯЕВ А.Ю., ЮШМАНОВ И.О. — 2015 г.

Задача о стационарной фильтрации грунтовых вод со свободной поверхностью представлена в форме вариационного принципа для функционала, который зависит от области течения. Доказано, что на искомой области этот функционал принимает минимальное значение. Построено обобщение этого вариационного принципа для моделей течений, допускающих присутствие частично насыщенных зон в среде. На простых примерах показано, как вариационную постановку можно использовать для доказательства существования или отсутствия решений.

ИНГЕЛЬ Л.Х. — 2015 г.

Найдено приближенное аналитическое решение одномерной задачи об установившихся колебаниях вращающейся вязкой жидкости под воздействием гармонических по времени касательных напряжений на горизонтальной границе. Решение демонстрирует резонансное усиление амплитуды колебаний и глубины их проникновения в среду при приближении частоты воздействия к инерционной частоте.

ГОЛУБЯТНИКОВ А.Н., КОВАЛЕВСКАЯ С.Д. — 2015 г.

Точные решения показывают, как могут вести себя решения уравнений газовой динамики при падении плотности среды, первоначально находящейся в равновесии. В данной работе в рамках акустического приближения развивается метод решения волнового уравнения с переменной скоростью звука путем разложения в ряд по характеристической переменной. Показано, что на каждом шаге существует интеграл уравнений движения, позволяющий выразить решение в конечном виде. Движение вызывается воздействием поршня, создающего слабую ускоряющуюся ударную волну. Учитывается наличие однородного гравитационного поля.

ЗУБИН М.А., МАКСИМОВ Ф.А., ОСТАПЕНКО Н.А. — 2015 г.

Указаны параметры, определяющие свойства точек ветвления ударных волн в конических течениях и ответственные за существование невязких вихревых структур в ударном слое. Представлены количественные данные для этих параметров, соответствующие зарождению вихревых особенностей Ферри и базирующиеся на результатах анализа численных расчетов обтекания V-образных крыльев различной геометрии идеальным газом при числах Маха из диапазона 3 < M < 10 с головной ударной волной, отвечающей маховскому взаимодействию скачков уплотнения, присоединенных к передним кромкам. Показано, что приблизительно при М < 2.35 вихревые структуры в ударных слоях конических течений не существуют. Установлено, что в специальных случаях перехода режимов обтекания от регулярного к маховскому взаимодействию скачков уплотнения, присоединенных к передним кромкам, наблюдается рост толщины ударного слоя “взрывного” типа. Экспериментальные данные подтвердили наличие вихревых особенностей Ферри при соответствующих значениях определяющих параметров.

ДУДИН Г.Н., НГУЕН Ф.Х. — 2015 г.

Исследовано течение в пространственном ламинарном пограничном слое на плоском треугольном крыле с размахом порядка единицы на режиме сильного взаимодействия. Приведены разложения функции течения в виде степенных рядов по поперечной координате в окрестности плоскости симметрии крыла и его передней кромки. Проведены сращивание полученных разложений для определения индуцированного давления по размаху крыла и сравнение с результатами численного решения конечно-разностным методом уравнений пограничного слоя в частных производных.

МАНУЙЛОВИЧ С.В. — 2015 г.

Получены явные выражения для объемной силы, полностью подавляющей поперечное течение в пространственном пограничном слое на скользящем крыле, обтекаемом равномерным потоком совершенного газа. Определено оптимальное распределение подавляющей силы. Сформулированы смешанные задачи для вычисления формы распределенного силового воздействия и параметров соответствующего течения в управляемом пограничном слое. Исследовано влияние сопутствующего объемного нагрева на процесс подавления.

ГОЛУБЕВ А.Ю., ЕФИМЦОВ Б.М. — 2015 г.

Экспериментально исследованы поля пристенных турбулентных пульсаций давления, формирующиеся при обтекании выступов. Выявлено наличие трех зон в окрестности выступов, характеризующихся повышенными уровнями пульсаций давления. Исследовано влияние протяженности выступа в направлении потока и его ширины в ортогональном потоку направлении на характеристики полей пульсаций давления. Показано, что при сближении зон с повышенными уровнями пульсаций давления наблюдается их взаимодействие.

КАЛИНИНА С.В., ТЕРЕХОВ В.И., ШАРОВ К.А. — 2015 г.

Представлены результаты экспериментального исследования поля течения между соплом и плоской стенкой, обтекаемой по нормали кольцевой струей. Основное внимание направлено на изучение области торможения потока вблизи преграды. С помощью PIV-системы измерены распределения средних и пульсационных характеристик потока. Показано, что, по сравнению с круглой струей, интенсивность пульсаций в кольцевой струе увеличивается, что может служить одной из причин интенсификации теплоотдачи в лобовой точке.

ЛУЩИК В.Г., РЕШМИН А.И. — 2015 г.

Путем численного моделирования турбулентного течения в диффузоре и трубе с отсосом газа через проницаемую стенку получено изменение числа Рейнольдса, профилей скорости и характеристик турбулентности по длине каналов. Проведенное сравнение результатов расчета течения в диффузоре и трубе с отсосом газа позволило установить основные особенности достаточно сложных процессов перестройки течения.

ЛЮБИМОВ Д.А., ПОТЕХИНА И.В. — 2015 г.

Синтетические струи - перспективное средство активного управления внутренними течениями в элементах турбореактивных двигателей (ТРД). Они уменьшают или ликвидируют отрывные зоны, которые могут возникать при течении в переходных диффузорах между элементами двигателя, а также уменьшают неравномерность в распределении параметров на выходе из них. Это становится практически важным для авиационных ТРД в связи с тенденцией уменьшения размеров переходных диффузоров между элементами двигателя. В статье представлено численное исследование с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения влияния синтетических струй на отрывное течение в 5-образном диффузоре. Приведены результаты параметрического исследования влияния режимных параметров синтетических струй, а также числа Рейнольдса и температуры на входе в диффузор на эффективность синтетических струй.

АНТОНЕЦ А.В. — 2015 г.

Метод инвариантных соотношений, строго обоснованный в условиях “локальности силового взаимодействия”, применен к выводу приближенных формул расчета аэродинамических характеристик осесимметричных летательных аппаратов, образующие которых составлены комбинированием прямолинейных участков и оживал, по базису из трех канонических аппаратов с совпадающими в приведенных координатах миделевыми поперечными сечениями: 1) кругового диска, 2) сферического сегмента и 3) касательного к сегменту по контуру его миделевого сечения острого кругового конуса с углом полураствора 0 < 9^ < 90°.

МАНУЙЛОВИЧ С.В. — 2015 г.

Изучены стационарные двумерные течения вязкой несжимаемой жидкости над плоской неподвижной границей, порождаемые периодической пристеночной объемной силой. Расчет соответствующих краевых задач для системы уравнений Навье-Стокса проведен с помощью разложения искомых решений в ряд Фурье по продольной переменной и конечно-разностной аппроксимации второго порядка точности по вертикальной переменной. Исследованы зависимости скорости дальнего поля течения от параметров силового воздействия.

САВИН А.А., САВИН А.С. — 2015 г.

Рассмотрена пространственная задача о возмущении ледяного покрова диполем, начинающим равномерное и прямолинейное движение по горизонтали в изначально покоящейся жидкости. Показано, что при длительном движении диполя, в сопровождающей его системе отсчета, устанавливается стационарное возмущение льда. Найдены аналитические выражения для отклонения границы раздела жидкости и льда от положения равновесия. Приведены примеры численного исследования возмущений ледяного покрова при докритических скоростях движения диполя.

БИРИХ Р.В., ДЕНИСОВА М.О., КОСТАРЕВ К.Г. — 2015 г.

Экспериментально и теоретически изучено возникновение конвекции Марангони, вызванной внесением капли раствора поверхностно-активного вещества (ПАВ) на горизонтальную межфазную поверхность жидкостей. Обнаружено, что пленка примесей, адсорбированных этой поверхностью из объема контактирующих жидкостей, приходит в движение лишь при достижении определенного сдвигового напряжения, вследствие чего капиллярное течение развивается пороговым образом. По сравнению со случаем развития конвекции Марангони на свободной поверхности жидкости, величина порогового сдвигового напряжения может оказаться как ниже, так и выше - в зависимости от концентрации поверхностно-активных примесей в обеих жидкостях и характера изменения поверхностного натяжения при переходе к межфазной границе. Для описания порогового развития концентрационной конвекции предложена нелинейная связь напряжения сдвига на поверхности жидкости со скоростью ее движения. В численном эксперименте определена структура конвективного течения на межфазной поверхности, получена зависимость интенсивности течения от времени.

ВЕДЕНЕЕВА Е.А. — 2015 г.

В осесимметричном приближении решена задача о растекании лавы как несжимаемой жидкости постоянной вязкости по плоской горизонтальной поверхности. Вместо классического условия прилипания использовано частичное проскальзывание лавы на подстилающей поверхности - скорость на поверхности считается степенной функцией трения. В приближении тонкого слоя построено асимптотическое автомодельное решение задачи о медленном растекании жидкости из точечного источника при условии частичного проскальзывания на подстилающей поверхности и степенной временной зависимости расхода. Эта же задача решена численно в полной постановке. Показано, что численное и асимптотическое решения хорошо согласуются друг с другом. Установлено, что при учете проскальзывания скорость распространения лавы может быть существенно выше, чем при использовании условия прилипания.

ЖВИК В.В. — 2015 г.

Определена функция зависимости расхода газа в медленном изотермическом течении Пуазейля сквозь бесконечно длинный капилляр кругового поперечного сечения от параметра разреженности (обратного числа Кнудсена). На основе линеаризованного модельного кинетического уравнения БГК получено асимптотическое разложение расхода по малому обратному числу Кнудсена.

КОЛЕСНИКОВ А.Ф. — 2015 г.

Для частично ионизованной квазинейтральной многокомпонентной двухтемпературной смеси газов получены соотношения Стефана-Максвелла, в которых градиенты концентраций выражены через линейные комбинации диффузионных скоростей компонентов и градиенты термодинамических параметров. Показано, что в двухтемпературных смесях появляется составляющая диффузионной движущей силы, пропорциональная V ln (T e/T h), где T e - температура электронов, T h - температура газа. Для трехкомпонентной плазмы получено обобщение закона Фика для диффузионного потока ионов, содержащее эту новую термодиффузионную силу. В предположении, что заряженные компоненты не влияют на структуру ударной волны, для линейных аппроксимаций профилей плотности и температуры газа в этой области аналитически получены приближенные распределения массовой концентрации ионов в ударной волне, распространяющейся по слабоионизованному аргону, и перед ее фронтом при условии, что температура электронов много выше температуры газа. Аналитические распределения амбиполяр- ного электрического поля E a и отношения E a/n получены в ионно-звуковой волне (протяженной зоне перед фронтом ударной волны в неизотермической плазме).

ЖУРАВСКАЯ Т.А., ЛЕВИН В.А. — 2015 г.

Приведены результаты сравнения нескольких кинетических моделей окисления водорода с целью выбора реакционного механизма для описания химического взаимодействия при численном моделировании детонационного горения водородно-воздушной смеси. В рамках выбранной кинетической модели численно исследована возможность стабилизации детонационной волны в стехиометрической водородно-воздушной смеси, поступающей со сверхзвуковой скоростью в плоский канал. Для некоторых значений числа Маха входящего потока предложен способ определения формы канала, в котором без подвода энергии формируется стабилизированная волна детонации. В случае обтекания потоком горючей смеси при числе Маха M о = 5.5 полубесконечного симметричного плоского препятствия, расположенного вдоль потока, исследована структура стабилизирующейся перед препятствием отошедшей детонационной волны.