Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.15 Колебания тел и структур в потоке, аэроупругость

 

Банах В.А., Маракасов Д.А., Сазанович В.М., Цвык Р.Ш. «Некоторые итоги исследования акустического поля, генерируемого сверхзвуковой струёй» Известия вузов. Физика, 56, № 8-3, с. 242-244 (2013)

Анализируются результаты исследований акустического поля, которое генерируется затопленной (выходящей в окружающую среду) сверхзвуковой струей. Показано, что основной источник звука расположен на высоте 220–260 мм от сопла, частота основных гармоник составляет 3 и 6 кГц. Отношение амплитуд этих гармоник зависит от условий генерации и расстояния от сопла. При определенной геометрии эксперимента акустические волны влияют на флуктуации интенсивности зондирующего лазерного пучка.

Известия вузов. Физика, 56, № 8-3, с. 242-244 (2013) | Рубрика: 08.15

 

Банах В.А., Маракасов Д.А., Сазанович В.М., Цвык Р.Ш. «Особенности спектров интенсивности лазерного излучения, просвечивающего сверхзвуковую струю, связанные с акустическим полем» Известия вузов. Физика, 56, № 8-3, с. 328-330 (2013)

Представлены результаты экспериментов по лазерному просвечиванию затопленной сверхзвуковой струи на аэродинамических трубах Института теоретической и прикладной механики СО РАН. Рассматриваются временные спектры флуктуаций принимаемой мощности при различных параметрах струи и характеристиках оптической системы. Показано, что низкочастотная область спектра в значительной степени зависит от процессов возбуждения струей акустических волн и их дальнейшего распространения. Обнаружены всплески на частотах, соответствующих частотам дискретных звуковых тонов, генерируемых струей.

Известия вузов. Физика, 56, № 8-3, с. 328-330 (2013) | Рубрика: 08.15

 

Шур М.Л., Спаларт Ф.Р., Стрелец М.Х. «Расчет шума сложных струй на основе " первых принципов"» Математическое моделирование, 19, № 7, с. 5-26 (2007)

Представлено краткое описание вычислительной системы, разрабатываемой авторами в течение последних 5 лет с целью создания свободного от эмпиризма (основанного на "первых принципах") инструмента для расчета шума выхлопных струй авиационных двигателей, обеспечивающего требуемую для практики точность 2–3 дБ в возможно более широком диапазоне частот. В рамках этой системы расчет аэродинамических характеристик струй и параметров турбулентности базируется на методе моделирования крупных вихрей (LES) в сочетании с неявной конечно-объемной схемой повышенного порядка аппроксимации, реализованной на структурных многоблочных сетках в произвольных криволинейных координатах. Для расчета шума в дальнем поле используется интегральный метод Фокса Уильямса–Хокингса (FWH). Благодаря ряду оригинальных приемов, использованных при реализации как аэродинамической, так и аэроакустической частей системы, она позволяет на относительно грубых сетках (2–5 миллиона узлов) получать результаты, существенно превосходящие по точности результаты расчетов других авторов, выполненных на сетках с десятками миллионов узлов. Возможности разработанной системы продемонстрированы на примерах расчета аэродинамики и шума простых круглых струй в широком диапазоне чисел Маха (от 0.4 до 2) и температурного фактора (до ∼3). Наряду с этим, приведены примеры ее применения для расчета шума ряда более сложных струй, постепенно приближающихся к реальным выхлопным струям современных двигателей. В частности, рассмотрены недорасширенные звуковые струи с интенсивными скачками уплотнения, струи из двухконтурных сопел со смещенными срезами и, наконец, выхлопная система, состоящая из двухконтурного сопла с центральным телом. Точность предсказания шума во всех рассмотренных случаях близка к "целевой" точности 2–3 дБ как по интегральной диаграмме направленности, так и по спектральным характеристикам. При этом, в зависимости от размеров сетки и параметров струи, диапазон разрешаемых частот отвечает максимальным числам Струхаля от 2 до 5.

Математическое моделирование, 19, № 7, с. 5-26 (2007) | Рубрика: 08.15

 

Кудрявцев А.Н., Поплавская Т.В., Хотяновский Д.В. «Применение схем высокого порядка точности при моделировании нестационарных сверхзвуковых течений» Математическое моделирование, 19, № 7, с. 39-55 (2007)

Рассматривается использование методов сквозного счета высокого порядка точности для численного моделирования сложных сверхзвуковых течений. Дан краткий обзор процедуры построения и основных свойств WENO (weighted essentially non-oscillatory) схем. Обсуждаются вопросы, возникающие при их практическом применении к решению уравнений Эйлера и Навье–Стокса. Приводится ряд примеров решения конкретных задач вычислительной аэродинамики с помощью подобных схем. Во многих случаях результаты, полученные при численном моделировании, сравниваются с данными экспериментальных измерений.

Математическое моделирование, 19, № 7, с. 39-55 (2007) | Рубрика: 08.15

 

Запрягаев В.И., Кавун И.Н. «Особенности структуры передней отрывной зоны вблизи тела с иглой при гиперзвуковой скорости набегающего потока» Математическое моделирование, 19, № 7, с. 120-128 (2007)

Рассмотрено осесимметричное пульсационное автоколебательное течение при числе Маха набегающего потока М=6 для цилиндрического тела, оснащенного затупленной иглой. Уточнена структура отрывной области. Подтверждено наличие областей сверхзвукового течения вблизи торца цилиндра и вблизи боковой поверхности иглы для одной из фаз автоколебательного процесса. Уточнены процесс образования отрывной зоны и момент начала ее раскрытия. Показана возможность существования вторичных отрывных зон внутри передней отрывной области.

Математическое моделирование, 19, № 7, с. 120-128 (2007) | Рубрика: 08.15

 

Ерофеев В.К., Григорьев В.В., Генкин П.Г. «Математическая модель и методика расчета аэроакустических параметров в неизотермических струях» Математическое моделирование, 19, № 8, с. 37-48 (2007)

На основе акустической аналогии Лайтхилла, модели локальных источников и уравнений газодинамики турбулентного потока построены физическая модель и методика расчета аэроакустических параметров неизотермического турбулентного потока и генерируемых им звуковых полей. Особенностью данной методики является использование волнового уравнения Лайтхилла с правой частью в виде полного тензора напряжений

Математическое моделирование, 19, № 8, с. 37-48 (2007) | Рубрика: 08.15

 

Карабасов С.А. «Моделирование звукопереноса в неоднородном поле турбулентной струи» Математическое моделирование, 19, № 8, с. 66-74 (2007)

Рассмотрен новый гибридный подход для решения задачи о звукопереносе через неоднородное среднее поле, возникающей при моделировании акустического шума при выхлопе дозвукового реактивного двигателя. Для моделирования звука дальнего поля используются линеаризованные уравнения Эйлера, которые решаются методом функции Грина в частотной области. Для нахождения функции Грина решается сопряженная задача в ближней области струи с привлечением "малоотражающих" граничных условий на свободных границах. Решение гранично-краевой задачи проводится методом конечных разностей и с использованием явной итерационной процедуры счета на установление. С помощью введения специально подобранных итерационных шагов удается избежать паразитных эффектов в численном решении, вызванных конвективной неустойчивостью сдвигового слоя. Рассмотрены два примера полуэмпирических моделей нелинейного акустического источника, для которых приведены результаты расчетов звукового поля для случая круглой турбулентной струи, хорошо изученного в литературе.

Математическое моделирование, 19, № 8, с. 66-74 (2007) | Рубрика: 08.15

 

Усанин M.B. «Расчет звуковых полей во входных устройствах авиационных двигателей на основе азимутального фурье-разложения» Математическое моделирование, 19, № 8, с. 113-122 (2007)

Рассматривается подход, применимый для расчета акустических полей в осесимметричных каналах сложной формы, основанный на численном решении линеаризованных уравнений Эйлера. Исходная трехмерная система уравнений, с использованием фурье-преобразования звуковых возмущений в окружном (азимутальном) направлении, сводится к последовательности двумерных систем для набора наиболее значимых окружных мод. Такой подход особенно актуален при исследовании тонального шума вентилятора, когда количество исследуемых мод мало. Для решения полученных двумерных систем используется явный численный метод, основанный на DRP-аппроксимации 4-го порядка по пространству и оптимизированной схеме Рунге–Кутта 4-го порядка для аппроксимации по времени Численный метод использует структурированные криволинейные сетки, адаптированные к геометрии канала. Для ввода и вывода волн из расчетной области применяется техника буферных зон (Sponge Layer). Верификация кода проведена на имеющих аналитическое решение задачах о распространении звуковых мод в цилиндрическом и кольцевом каналах.

Математическое моделирование, 19, № 8, с. 113-122 (2007) | Рубрика: 08.15

 

Бахвалов П.А., Козубская Т.К., Корнилина Е.Д., Морозов А.В., Якобовский М.В. «Технология расчета акустических возмущений в дальнем поле течения» Математическое моделирование, 23, № 11, с. 33-47 (2011)

Представлена технология предсказания акустических возмущений в данном поле, в основе которой лежит вычисление поверхностного интеграла с запаздыванием. Особенность использованной технологии заключается в расчёте пульсаций дальнего поля в процессе моделирования ближнего поля течения. Это позволяет при численном интегрировании оптимальным образом использовать всю имеющуюся дискретную информацию и отказаться от необходимости хранения на диске объемных данных ближнего поля с целью последующей оценки дальнего акустического поля. Приводится пример использования методики на задаче об излучении монопольного источника акустических волн.

Математическое моделирование, 23, № 11, с. 33-47 (2011) | Рубрика: 08.15

 

Савенков И.В. «О влиянии упругости обтекаемой поверхности на преобразование акустических возмущений в волны Толлмина–Шлихтинга в пограничном слое при трансзвуковых скоростях внешнего потока» Журнал вычислительной математики и математической физики, 46, № 5, с. 948-954 (2006)

В рамках асимптотической теории свободного взаимодействия изучено влияние упругой поверхности на характеристики волнового пакета, генерируемого акустическими возмущениями в пограничном слое при трансзвуковых скоростях внешнего потока.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 46, № 5, с. 948-954 (2006) | Рубрика: 08.15

 

Савенков И.В. «Особенности линейной стадии развития трехмерных волновых пакетов в плоском течении Пуазейля» Журнал вычислительной математики и математической физики, 49, № 7, с. 1271-1279 (2009)

В рамках асимптотической теории свободного взаимодействия изучена линейная стадия развития трехмерных волновых пакетов в плоском течении Пуазейля. Численные расчеты показали наличие "ряби" в боковом направлении на начальной фазе линейной стадии. При этом возмущения распространяются в пределах определенного угла

Журнал вычислительной математики и математической физики, 49, № 7, с. 1271-1279 (2009) | Рубрика: 08.15

 

Савельев А.Д., Толстых А.И., Широбоков Д.А. «О применении компактных и мультиоператорных схем для численного моделирования акустических полей, возбуждаемых волнами неустойчивости в сверхзвуковых струях» Журнал вычислительной математики и математической физики, 49, № 7, с. 1280-1294 (2009)

Представлены результаты численного моделирования акустических полей, возбуждаемых волнами неустойчивости в сверхзвуковых струях. Приведена мультиоператорная схема седьмого порядка, использовавшаяся при решении уравнений Эйлера, линеаризованных относительно среднего поля течения в осесимметричной турбулентной струе. Расчет среднего поля был осуществлен с применением компактных аппроксимаций пятого порядка конвективных членов для условий, близких к экспериментальным. Было выявлено хорошее согласие расчетных и экспериментальных данных.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 49, № 7, с. 1280-1294 (2009) | Рубрика: 08.15

 

Савенков И.В. «Особенности линейной стадии развития трехмерных возмущений в плоском течении Пуазейля–Куэтта» Журнал вычислительной математики и математической физики, 50, № 8, с. 1471-1480 (2010)

В рамках асимптотической теории свободного взаимодействия изучена линейная стадия развития трехмерных возмущений в течении Пуазейля–Куэтта. Численные расчеты показали наличие "ряби" в боковом направлении на начальной фазе линейной стадии. Как и в случае двумерных возмущений, с ростом скорости относительного движения стенок происходит раздвоение возмущений на два волновых пакета, первый из которых растет быстрее и движется с большей скоростью. При этом возмущения распространяются в пределах определенного угла.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 50, № 8, с. 1471-1480 (2010) | Рубрика: 08.15

 

Кириллин К.В., Филиппов С.И. «Обтекание крылового профиля над границей раздела двухслойной весомой жидкости при наличии свободной поверхности и твердого дна» Журнал вычислительной математики и математической физики, 50, № 9, с. 1632-1639 (2010)

В рамках теории волн малой амплитуды рассмотрено обтекание крылового профиля двухслойным потоком весомой жидкости. Верхний слой жидкости ограничен свободной поверхностью, а нижний – горизонтальным дном. Слои жидкости имеют разные плотность и скорость течения. Для решения задачи применен метод моделирования границ особенностями, который позволяет аналитически точно удовлетворить граничному условию на контуре. С помощью условий на границах раздела сред решение задачи сведено к решению двух систем из трех интегродифференциальных сингулярных уравнений. После применения специального приема регуляризации получены системы линейных интегральных уравнений, решение которых осуществлялось численно методом последовательных приближений на основе специально разработанного алгоритма и программы на языке Фортран. Развиваемый в работе численно-аналитический метод позволяет исследовать обтекание профиля произвольной, в том числе реальной, формы в потоке жидкости с границами раздела различного типа. Расчеты проведены для крылового профиля NACA 66mod. Изучено влияние угла атаки и поверхностей раздела на гидродинамические характеристики крыла в разных диапазонах чисел Фруда. Получены формы внутренних и поверхностных волн. Выявлены гидродинамические эффекты, связанные с физическим явлением "мертвой воды".

Журнал вычислительной математики и математической физики, 50, № 9, с. 1632-1639 (2010) | Рубрика: 08.15

 

Савенков И.В. «О неустойчивости плоского течения Пуазейля между упругими пластинами» Журнал вычислительной математики и математической физики, 51, № 12, с. 2288-2295 (2011)

Рассматривается задача о течении вязкой несжимаемой жидкости под действием градиента давления между двумя параллельными пластинами. В рамках трехпалубной теории свободного взаимодействия показано, что упругость стенок оказывает стабилизирующее влияние на течение Пуазейля в плоском канале.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 51, № 12, с. 2288-2295 (2011) | Рубрика: 08.15

 

Захаров Д.Л., Крашенинников С.Ю., Маслов В.П., Миронов А.К., Токталиев П.Д. «Исследование нестационарных процессов, свойств течения и тонального акустического излучения закрученной струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 61-74 (2014)

Представлены результаты исследования нестационарной структуры течения в турбулентной закрученной струе с помощью PIV технологии. Основная часть измерений проведена при интенсивности закрутки W0≅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.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 61-74 (2014) | Рубрика: 08.15

 

Голованов А.Н., Пахомов Ф.М. «Сверхзвуковое осесимметричное обтекание затупленного конуса при его низкочастотных продольных колебаниях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 126-130 (2014)

С использованием модели идеального невязкого совершенного газа исследуются аэродинамические характеристики колеблющегося конуса при нестационарном осесимметричном сверхзвуковом обтекании в отсутствие и при наличии сильного вдува воздуха с поверхности торцевого затупления в ударный слой.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 126-130 (2014) | Рубрика: 08.15

 

Куликов Д.В., Миккельсен Р., Наумов И.В., Окулов В.Л. «Диагностика пузыревидного распада вихря в закрученном течении в цилиндре большого удлинения» Письма в Журнал технической физики, 40, № 4, с. 87-94 (2014)

Впервые сообщается о возможности образования областей с противотоком (пузыревидного распада или взрыва вихря) в центре интенсивно закрученного потока, генерируемого в заполненной жидкостью цилиндрической каверне большого удлинения с помощью вращения одного из торцов. Ранее существование пузыревидного распада было предметом детального исследования в кавернах среднего удлинения с высотой до 3.5 радиусов цилиндра, а течение в цилиндре с большими удлинениями ассоциировалось только с режимами вращения самоорганизующихся винтообразных вихревых мультиплетов. Режим с нестационарным пузыревидным распадом вихря был экспериментально обнаружен в цилиндре с удлинением 4.5.

Письма в Журнал технической физики, 40, № 4, с. 87-94 (2014) | Рубрика: 08.15