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

2014

ИВАНОВ И.Э., КРЮКОВ И.А., ЛАРИНА Е.В. — 2014 г.

Рассмотрены некоторые модификации трехпараметрических моделей турбулентности, предназначенные для повышения точности расчета турбулентных течений в соплах с отрывом пограничного слоя и в сверхзвуковых струях со сложной ударно-волновой структурой. На основе идеи учета предыстории течения с использованием дополнительного релаксационного уравнения для неравновесной турбулентной вязкости предложены три модификации k- ю-ц гмодели, построенной на базе k-ю-модели, и один вариант k- s-^-модели турбулентности. В этих модификациях вводится дополнительная зависимость времени релаксации неравновесной турбулентной вязкости от различных физических параметров, которые могут быть важны вблизи точки отрыва пограничного слоя от стенки сопла: вязкие эффекты, эффекты наличия больших градиентов средней скорости и больших градиентов кинетической энергии турбулентности (турбулентного давления).Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными показывает, что все предложенные варианты трехпараметрических моделей позволяют повысить точность расчета турбулентных течений в соплах и струях.

БОРОВОЙ В.Я., МОШАРОВ В.Е., РАДЧЕНКО В.Н., СКУРАТОВ А.С., СТРУМИНСКАЯ И.В. — 2014 г.

Экспериментально исследовано течение в схематизированном воздухозаборнике с плоскими стенками и прямоугольным поперечным сечением. Воздухозаборник установлен на пластине на значительном удалении от ее передней кромки. Эксперименты проводились в трубе Людвига при М х = 5 и Re ML = 23 • 10 6, 13 • 10 6. Для исследования внутреннего течения в воздухозаборнике впервые применен панорамный (оптический) метод измерения коэффициента теплоотдачи. Получены данные о влиянии затупления передних кромок пластины и обечайки воздухозаборника на распределение коэффициента теплоотдачи и структуру потока внутри воздухозаборника. Показано, что в воздухозаборнике с большим сужением канала даже небольшое затупление пластины или обечайки может вызвать глобальное изменение структуры течения.

АХМЕТОВ В.К., МЕДВЕДЕВ Ю.В., ШКАДОВ В.Я. — 2014 г.

На основе полной системы уравнений Навье-Стокса проведено численное исследование течения вязкой несжимаемой жидкости в опорах скольжения для четырех конфигураций. Получены различные режимы течения, в том числе с образованием рециркуляционных зон. Определен диапазон параметров, при котором происходит значительное отклонение от стоксовой модели течения.

БОРОНИН С.А., ОСИПЦОВ А.А. — 2014 г.

В рамках двухконтинуального подхода построена асимптотическая модель течения осаждающейся концентрированной суспензии в трещине гидроразрыва с учетом поперечной миграции частиц. В приближении тонкого слоя получена двумерная система уравнений, осредненных поперек трещины с учетом неоднородного профиля концентрации частиц. В сравнении с аналогичной моделью без учета миграции двумерные осредненные уравнения содержат модифицированные коэффициенты, явно зависящие от ширины ядра течения, занятого частицами. Проведено численное моделирование в рамках построенной модели и показано, что миграция частиц к центру трещины приводит к увеличению глубины проникновения частиц в трещину, а также к подавлению гравитационной конвекции в окрестности переднего фронта. Проведено сравнение с имеющимися данными экспериментов, а также с аналитической формулой для высоты осадка плотно упакованных частиц, и показано хорошее согласие между аналитической теорией, экспериментом и двумерными численными расчетами.

ЯКОВЕНКО С.Н. — 2014 г.

Для описания эволюции поверхности раздела двух несмешивающихся сред вводится уравнение для функции объемной фракции, а эффект кривизны поверхности раздела учитывается с помощью “континуальной” модели силы поверхностного натяжения. Приведены результаты численного решения задачи неустойчивости Рэлея-Тейлора с различным перепадом плотности (Pi/P 2) на поверхности раздела, в том числе и для реальных случаев, где имеются данные измерений. Эволюция неустойчивости на начальном этапе не зависит от р 1/р 2 и согласуется с линейной теорией Тейлора, затем (при р 1/р 2 < 5) наблюдается спиралевидное развитие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца. При р 1/р 2 < 2 картина развития неустойчивости сохраняется симметричной до значительных моментов времени, тогда как с ростом р 1/р 2 усиливается асимметрия. Поверхностное натяжение, как и вязкость, приводит к демпфированию роста возмущений неустойчивости Рэлея-Тейлора и вторичных мелкомасштабных нерегулярностей поверхности раздела.

МИЗЕВ А.И., ТРОФИМЕНКО А.И. — 2014 г.

МАНУЙЛОВИЧ С.В., УСТИНОВ М.В. — 2014 г.

Исследовано воздействие, оказываемое подводом тепла на характеристики устойчивости поперечного течения в пограничном слое на стреловидном крыле. Выявлен физический механизм воздействия. Произведены расчеты, иллюстрирующие изменение инкрементов нарастания мод неустойчивости при нагреве обтекаемой поверхности и при объемном подводе энергии.

СТУРОВА И.В. — 2014 г.

Исследовано поведение внутренних сейш в бассейне переменной глубины в рамках линейной модели длинных волн. Результаты для непрерывной стратификации на примере одного из поперечных сечений Телецкого озера (Горный Алтай, Россия) сопоставлены с результатами для прямоугольного бассейна, а также моделями двухслойной и трехслойной жидкости. Показано, что для глубоководного озера периоды внутренних сейш достаточно хорошо аппроксимируются решением для эквивалентного прямоугольного бассейна.

ЗАПРЯГАЕВ В.И., КАВУН И.Н., ЛИПАТОВ И.И. — 2014 г.

Представлены результаты экспериментального и численного исследования трехмерного ламинарного отрывного течения в угле сжатия. Число Маха набегающего потока М ж = 6. Исследуемая модель представляла собой пластину с острой передней кромкой, на которой установлен уступ с углом подъема 30°. Ширина модели равна длине пластины от передней кромки до уступа. Показано существование тонкого высоконапорного слоя, расположенного над пограничным слоем вниз по потоку за линией присоединения.

ДМИТРИЕВ М.Н., ДМИТРИЕВ Н.М., КУЗЬМИЧЕВ А.Н., МАКСИМОВ В.М. — 2014 г.

Приведены результаты лабораторного эксперимента по определению относительных фазовых проницаемостей при фильтрации двух несмешивающихся жидкостей в песчанике с орто- тропными фильтрационными свойствами. Измерения, как и в [1], проводились на четырех ориентированных кернах, три из которых вырезаны из полноразмерного керна вдоль главных направлений тензора коэффициентов проницаемости. Четвертый керн - контрольный. Он позволил сравнить теоретические и экспериментальные результаты и доказать тензорную природу тензоров абсолютных и фазовых проницаемостей. Полученное хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов показывает, что изложенная в работе экспериментальная методика анализа фильтрационно-емкостных свойств анизотропных коллекторов, обладающих ортотропными фильтрационными свойствами, может быть рекомендована для проведения лабораторных исследований.

СТУРОВА И.В. — 2014 г.

Представлены результаты решения линейной задачи об установившихся колебаниях горизонтального цилиндра, погруженного в жидкость, на верхней границе которой плавает полубесконечная упругая пластина с прямолинейным свободным краем. Оставшаяся часть поверхности жидкости является свободной. Использован метод распределенных по контуру тела массовых источников. Соответствующая функция Грина построена с использованием разложения по собственным функциям. Выполнены расчеты гидродинамической нагрузки и амплитуд вертикальных смещений свободной поверхности и упругой пластины. Выведены соотношения эквивалентности, которые показывают симметрию коэффициентов присоединенной массы и демпфирования, а также связь коэффициентов демпфирования с амплитудами волн в дальнем поле.

КАЛАШНИК М.В., ЧХЕТИАНИ О.Г. — 2014 г.

Исследована линейная задача о колебаниях поверхности раздела двухслойной системы, в которой под покоящимся верхним слоем расположен слой с постоянным сдвигом скорости. Динамические возмущения в нижнем слое представлены суммой вихревых и волновых возмущений (возмущений с нулевой завихренностью). Показано, что в сдвиговом потоке эволюция вихревых возмущений с негладким или сингулярным распределением начальной завихренности может приводить к резонансному возбуждению волн на поверхности раздела. Возникновению резонанса отвечает совпадение частот колебаний возмущений двух классов. В отсутствие гидродинамической неустойчивости сдвигового потока резонансное возбуждение может служить одним из основных механизмов генерации волн в двухслойных системах.

УСТИНОВ М.В. — 2014 г.

На основе нелинейной модели турбулентности, допускающей отклонение скорости распространения вихревых возмущений от скорости потока, решена задача о порождении ею волн неустойчивости в пограничном слое на плоской пластине. Полученное решение удовлетворительно описывает экспериментальную зависимость числа Рейнольдса ламинарно-турбулентного перехода от степени турбулентности потока.

ТУНИК Ю.В. — 2014 г.

Рассматривается возможность стационарного детонационного горения водородовоздушной смеси, поступающей со сверхзвуковой скоростью в осесимметричное конвергентно-дивергентное сопло с центральным коаксиальным цилиндром. Численно решаются задачи запуска сопла и инициирования детонационного горения с учетом взаимодействия истекающего газа с внешним сверхзвуковым потоком. Моделирование проводится на базе газодинамических уравнений Эйлера для осесимметричного течения. Расчеты выполняются с использованием схемы С.К. Годунова на мелкой неподвижной сетке, позволяющей детально изучить взаимодействие формирующейся в диффузоре косой ударной волны с осью сопла. Показано, что центральный коаксиальный цилиндр обеспечивает запуск с формированием сверхзвукового течения во всей полости сопла и стабильное детонационное горение стехиометрической водородовоздушной смеси в его дивергентной секции.

БАЗИЛЕВСКИЙ А.В., РОЖКОВ А.Н. — 2014 г.

Измерена сила натяжения нитей, возникающих при капиллярном распаде струй высокомолекулярных полимерных растворов концентрации 0.003-0.03%. В качестве чувствительного датчика силы использованы примыкающие к нити капли. Определены напряжения, действующие в нити. Показано, что реологическое поведение жидкости при растяжении в нити отличается от ее поведения в условиях сжимающегося течения в капле. Проанализированы инерционные эффекты при утончении нитей между каплями струи.

АРХИПОВ Д.Г., САФАРОВА Н.С., ХАБАХПАШЕВ Г.А. — 2014 г.

Предложен комбинированный подход для описания трансформации трехмерных возмущений границы раздела двух несжимаемых несмешивающихся жидкостей различной плотности, находящихся между неподвижными недеформируемыми крышкой и дном. Предполагается, что длины волн умеренно большие, их амплитуды малы, но конечны, крышка и дно могут быть слабонаклонными, а капиллярные эффекты невелики. Полученная система уравнений применима для моделирования возмущений, одновременно разбегающихся в произвольных горизонтальных направлениях. Численно найдены решения ряда характерных волновых задач и продемонстрировано влияние определяющих параметров.

ПРОХОРОВ В.Е., ЧАШЕЧКИН Ю.Д. — 2014 г.

Методом высокоскоростной видеосъемки прослежены процессы отрыва капель спирта и воды, а также формирования мелких фрагментов - сателлитов. Траектория движения сателлита капли воды - немонотонная, на начальном участке сателлит движется вверх против силы тяжести, достигая осциллирующего остатка жидкости на срезе сопла, после начинает движение вниз. Из сателлита выбрасывается вверх микрокапля, которая отскакивает от остатка жидкости у сопла, возвращается к сателлиту и поглощается. В случае спирта сопровождающая микрокапля не образуется, а сателлит движется по траектории, близкой к баллистической.

АВЕРБУХ Е.Л., КУРКИН А.А., СТЕПАНЯНЦ Ю.А., ТАЛИПОВА Т.Г. — 2014 г.

Выведено линейное дисперсионное соотношение для волн на свободной поверхности бесконечно глубокой вязкой жидкости, покрытой упругой пленкой поверхностно-активного вещества. Решения дисперсионного соотношения изучены в широком диапазоне изменений вязкости жидкости и упругости пленки. Подробно рассмотрена динамика моды Марангони, обусловленной наличием упругой пленки. Найдены значения модуля упругости пленки, соответствующие волновым движениям в жидкости, а также движениям, монотонно затухающим во времени. Определены значения параметров упругости и вязкости, при которых качественно меняется характер движения жидкости.

ЗУБИН М.А., ТУНИК Ю.В. — 2014 г.

Применительно к гиперзвуковой аэродинамической установке (ГАУ) НИИ механики МГУ моделируется запуск осесимметричного конвергентно-дивергентного сопла, в результате которого почти во всем канале формируется сверхзвуковое течение. Успешный запуск осуществлен при вбрасывании сопла в однородный сверхзвуковой поток воздуха с достаточно высоким числом Маха. Исследуется структура установившегося течения. Численно показано, что в сужающейся части канала возникает наклонная ударная волна, взаимодействие которой с осью сопла приводит к формированию отраженной ударной волны и криволинейного диска Маха с областью нестационарного дозвукового течения в окрестности горла. В основе математической модели - двумерные уравнения Эйлера для осесимметричного течения газа.