Гаврилов А.А., Сентябов А.В., Финников К.А. «Расчетное исследование трехмерного кавитационного обтекания лопатки направляющего аппарата гидротурбины» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 3-12 (2019)

Представлены результаты численного моделирования кавитационного обтекания модели лопатки направляющего аппарата гидротурбины, выполненные для условий экспериментальных исследований. Анализируются возможности метода моделирования отсоединенных вихрей (DES) для расчета динамики обтекания гидрокрыла в различных режимах для двух углов атаки: 3 и 9°. Приводится сопоставление средней скорости течения внутри пограничного слоя с экспериментальными данными, а также величина и форма трехмерной паровой каверны в различных режимах. Анализируется динамика паровой каверны и генерируемые при этом пульсации.

Глухов А.Ф., Сидоров А.С. «О периодических конвективных процессах в магнитной жидкости в вертикальных каналах» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 13-18 (2019)

Анализируются причины наблюдаемых в эксперименте периодических переходов между двумя возможными направлениями течения магнитной жидкости в подогреваемых снизу связанных вертикальных каналах. Показано, что ключевая роль принадлежит термодиффузии коллоидных частиц за счет горизонтальных градиентов температуры в сечении узких каналов. Конвекция, с одной стороны, способствует перемешиванию жидкости, а с другой стороны, сама выступает в роли генератора концентрационных неоднородностей. Гравитационная седиментация частиц исключена из списка возможных причин таких колебаний.

Борисевич В.Д., Потанин Е.П. «Трехмерные течения во вращающемся цилиндре при наличии турбулентных пограничных слоев на торцевых дисках» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 19-26 (2019)

Представлена аналитическая модель расчета гидродинамических характеристик потока вязкой несжимаемой жидкости во вращающемся цилиндре при наличии тормозящей крышки в случае образования на торцевых поверхностях турбулентных пограничных слоев. Анализ выполнен с учетом всех нелинейных инерционных членов в уравнениях движения в рамках интегральных соотношений Лойцянского. Приближенные профили скоростей в пограничных слоях задаются в соответствии с эмпирическим 1/7-законом. Основной поток разделяется на невязкое квазитвердое ядро и боковой слой, в котором сосредоточена практически вся восходящая часть циркуляционного потока. Неизвестные величины угловой скорости ядра и его границы по радиусу оцениваются из баланса моментов сил трения, действующих на основной вращающийся поток, и условия неразрывности циркуляционного течения.

Тятюшкин А.Н. «Течение тонкого слоя намагничивающейся жидкости в магнитном поле» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 27-32 (2019)

Аналитически решается задача о течении тонкого слоя несжимаемой жидкости, намагничивающейся по заданному закону, по твердой подложке в неоднородном магнитном поле в приближении теории смазки. Получено дифференциальное уравнение в частных производных, которое описывает изменение формы слоя со временем. Рассмотрена общая постановка задачи. Выписано решение задачи о тонком слое намагничивающейся жидкости в магнитном поле вертикального бесконечного цилиндрического проводника с заданным достаточно сильным током.

Дудин Г.Н., Ледовский А.В. «Особенности течения в гиперзвуковом пограничном слое в окрестности плоскости симметрии плоского крыла с изломом по передней кромке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 33-41 (2019)

Исследовано течение в пространственном ламинарном пограничном слое в окрестности плоскости симметрии полубесконечного плоского крыла с изломом по передней кромке при сильном взаимодействии с внешним гиперзвуковым потоком. Выполнено асимптотическое разложение функций течения в степенные ряды по угловой координате в окрестности плоскости симметрии. Сформулирована и решена соответствующая краевая задача для первых членов разложения. Показана возможность существования нескольких решений в окрестности плоскости симметрии. Рассмотрено влияние угла стреловидности на особенности течения.

Владимиров И.Ю., Корчагин Н.Н. «Циркуляционные эффекты при движении объектов в морской среде и атмосфере» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 42-48 (2019)

Получены выражения для гидродинамической нагрузки на диполь при его циркуляционном обтекании потоком стратифицированной (двухслойной) жидкости конечной глубины. Исследованы зависимости волнового сопротивления и подъемной силы от скорости потока и циркуляции. Показано, что учет циркуляции может существенно изменить величину гидродинамической реакции на диполь. Обнаружен эффект резкого (реверсивного) изменения направления действия подъемной силы в относительно узком диапазоне скорости обтекания моделируемого диполем фрагмента трубопровода. Обсуждается возможность проявления подобного эффекта при движении самоходных подводных объектов и летательных аппаратов.

Пахомов М.А., Терехов В.И. «Влияние частоты импульсов на структуру течения и теплообмен в импактной газонасыщенной турбулентной струе» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 49-62 (2019)

Выполнено численное моделирование турбулентной структуры течения и теплообмена в нестационарной пузырьковой круглой импактной струи при вариации частоты импульсов. Математическая модель основана на использовании эйлерова подхода для описания динамики течения и теплообмена в дисперсной фазе (воздушные пузырьки). Задача рассматривается в осесимметричной постановке и решается система нестационарных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса с учетом двухфазности потока. Турбулентность несущей фазы (жидкость) описывается с использованием модели переноса компонент рейнольдсовых напряжений с учетом влияния пузырьков на генерацию турбулентности. Исследовано влияние частоты подачи импульсов на структуру течения и теплоперенос в газожидкостной импактной струе. Импульсный характер подачи струи вызывает как заметное увеличение турбулентности жидкости и теплопереноса в период действия импульса (до 2 раз), так значительное подавление этих параметров в период отсутствия подачи струи в сравнении со стационарной импактной пузырьковой струей при том же самом осредненном по времени расходе струи.

Борзенко Е.И., Дьякова О.А., Шрагер Г.Р. «Ламинарное течение степенной жидкости в Т-образном канале при заданных перепадах давления» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 63-71 (2019)

Статья посвящена исследованию установившегося ламинарного течения несжимаемой степенной жидкости в плоском Т-образном канале при заданных перепадах давления между граничными сечениями втекания/вытекания. Степенной жидкостью называется неньютоновская жидкость, реологическое поведение которой описывается законом Оствальда–де Виля. Математическая постановка задачи включает уравнения движения и неразрывности. На твердых стенках задается условие прилипания. Для нахождения решения задачи используется конечно-разностный метод с применением процедуры SIMPLE. Проведены параметрические исследования кинематических и динамических характеристик течения в зависимости от основных параметров задачи. Построена диаграмма режимов течения при изменении значений перепадов давления, задаваемых между границами втекания/вытекания канала, для различных показателей нелинейности реологической модели.

Афанасьев А.А., Чернова А.А. «О решении задачи Римана, описывающей закачку нагретого раствора соли в водонасыщенный пласт» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 72-81 (2019)

Решена автомодельная задача о распаде произвольного разрыва применительно к процессам неизотермической фильтрации соленой жидкости. Учитывается возможность выпадения в пористой среде осадка в виде твердой фазы соли и сопутствующее снижение проницаемости. В предположении несжимаемой среды и пренебрежении теплопроводностью предложен геометрический метод решения задачи на плоскости. Показано, что решение необходимо строить только из сильных разрывов и областей однородного распределения параметров, а центрированные волны Римана невозможны. Исследованы возможные типы решений задачи. Продемонстрировано, что при высокой температуре закачиваемого раствора соли в пласт распространяются три сильных разрыва, из которых только на внутреннем рвется температура.

Папин А.А., Сибин А.Н. «Моделирование движения смеси твердых частиц и жидкости в пористых средах с учетом внутренней суффозии» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 82-94 (2019)

Рассматривается математическая модель изотермической внутренней эрозии грунта без учета деформации пористой среды. При достижении определенной величины скорости фильтрации происходит вынос частиц грунта из области течения. В качестве математической модели используются уравнения сохранения массы для воды, подвижных твердых частиц и неподвижного пористого скелета, а также аналог закона Дарси для воды и подвижных твердых частиц и соотношение для интенсивности суффозионного потока. Подвижные частицы грунта рассматривались как отдельная фаза, имеющая свою скорость фильтрации, которая определяется в ходе решения задачи. Данное предположение позволило построить замкнутую модель. Предложен алгоритм численного решения начально-краевой задачи фильтрации грунтовых вод с учетом внутренней эрозии грунта и проведены тестовые численные расчеты. Результаты расчетов хорошо коррелируют с экспериментальными данными.

Вань А., Оуян Х., Се Х., У Я. «Экспериментальное исследование нелинейной аэроупругости одиночного профиля NACA в следе при наличии вибраций» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 95-110 (2019)

Современные экономические и экологические стандарты требуют, чтобы лопасти турбин и крылья самолетов были возможно более легкими и гибкими при увеличении на них механической и аэродинамической нагрузки. Однако наличие аэродинамического возбуждения может привести к росту числа факторов, влияющих на вибрацию конструкции, в результате чего возникает задача аэроупругости. В отличие от случая механических резонансных вибраций, конструкция может взаимодействовать с аэродинамическим возбуждением и это возбуждение способно привести к захвату частоты в области, превышающей 10% от собственной частоты конструкции. Это явление расширяет диапазон высокоамплитудной реакции и должно учитываться при проектировании с учетом требований безопасности. В работе экспериментально исследуется реакция конструкции на аэродинамическое возбуждение. Экспериментальная установка включает цилиндр, находящийся выше по потоку, и одиночный профиль NACA ниже по потоку, размещенные в аэродинамической трубе. Передний цилиндр генерирует вихри, которые воздействуют на профиль NACA, возбуждая периодические колебания гибкой конструкции. Скорость потока измерялась термоанемометром, синхронно в положениях вверх и вниз по потоку от тела. Для условий, соответствующих эксперименту, выполнено численное моделирование, результаты которого сопоставлены с данными измерений. Для одного типичного случая основные особенности структуры течения выявлены методом собственно ортогонального разложения. Структурные свойства профиля, включая собственную частоту и скорость затухания, определены посредством конечно-элементного анализа и испытания обстукиванием. Основываясь на свойствах жидкости и конструкции, становится возможно провести взаимосвязанный тест и анализ. Характеристики вибраций профиля NACA в модах первого и второго порядка исследовались при изменении скорости набегающего потока и диаметра цилиндра. Для вынужденных вибраций первой моды характерно явление захвата частоты, а максимальная амплитуда не приходится на точку резонанса. В то же время вибрации второй моды обнаруживают типичное резонансное поведение.

Титарев В.А., Фролова А.А., Шахов Е.М. «Отражение потока разреженного газа от стенки с отверстием и истечение газа в вакуум» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 111-118 (2019)

На основе кинетической S-модели решается двумерная нестационарная задача об отражении равномерного сверхзвукового потока разреженного газа, падающего нормально на стенку с отверстием и истечение газа через отверстие (щель и канал) в вакуум. Изучается влияние щели на характер отражения, на скорость отраженной ударной волны от стенки и на формирование струи газа, истекающего в вакуум, в зависимости от скорости падающего потока, степени разреженности газа и от условий на стенке. Исследуется также влияние толщины стенки, то есть длины канала, через который происходит истечение. В качестве основной интегральной характеристики рассчитывается расход газа через отверстие. Прослеживается выход процесса истечения на стационарный режим отражения. Кинетическое уравнение решается численно консервативным методом конечных разностей второго порядка аппроксимации по всем переменным.

Лунев В.В., Тихонычев П.С. «Течение в узком каналес химическими реакциями на стенке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 119-122 (2019)

Получено решение задачи о течении газа в узком канале, плоском и цилиндрическом с внутренним стержнем на оси, с химическими реакциями на стенках. Задача сводится к решению обыкновенного дифференциального уравнения для поперечного распределения параметров потока. Этот пример моделирует, в некоторой степени, течения в химических реакторах, применяемых иногда для исследования гетерогенных химических реакций.

Брыкина И.Г., Егорова Л.А. «Аппроксимационные формулы для радиационного теплового потока при больших скоростях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 123-134 (2019)

Цель работы – получение аналитического выражения для коэффициента радиационной теплопередачи в точке торможения затупленного тела в зависимости от его скорости, размера и плотности атмосферы в диапазоне этих параметров, характерных для входа крупного метеороида в атмосферу Земли. Представлены имеющиеся в литературе аналитические аппроксимации численных расчетов радиационного теплового потока в точку торможения тела c неразрушающейся поверхностью, полученные в ограниченных диапазонах высот, скоростей и радиусов затупления. Проведено тестирование этих формул в более широком диапазоне параметров обтекания путем сравнения с расчетами других авторов. На основании анализа этих сравнений и сделанных корреляций по скорости тела, его радиусу и плотности атмосферы предложено новое аппроксимационное соотношение для радиационного теплового потока в точке торможения.

Каюм А., Малик А. «Влияние частоты возбуждения и геометрии отверстия на течение жидкости и характеристики переноса тепла в синтетических струйных приводных механизмах (актуаторах)» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 135-150 (2019)

Синтетическая струя является новым способом организации пульсационного нестационарного течения, которое переносит линейный импульс в окружающее пространство путем поглощения и выбрасывания жидкости из полости с колеблющейся диафрагмой и потенциально полезна для охлаждения электроники. В работе производится численный анализ, нацеленный на исследование влияния изменения геометрических параметров отверстия и частоты возбуждения на флюидику синтетической струи. Подвижная пьезоэлектрическая диафрагма моделируется граничным условием с постоянной амплитудой напряжения. Вычисления выполнены с использованием пакета COMSOL 5.3a Multiphysics. Настоящее исследование концентрируется на рассмотрении синтетических струй, образованных в одной цилиндрической полости, которая имеет отверстия разного типа, такие как одиночное (круглое) отверстие, три таких отверстия, одиночную прямоугольную щель, или три прямоугольных щели. Для одиночного круглого отверстия и одиночной прямоугольной щели площади выходного сечения были выбраны равными 7.0 мм², тогда как для множественных круглых отверстий и прямоугольных щелей площади выходного сечения равнялись 21.0 мм². Скорость синтетической струи достигает максимума, когда диафрагма возбуждается с оптимальной частотой. В случае синтетической струи с единственным круглым отверстием оптимальная частота почти такая же, как и в случае отверстия в виде одиночной прямоугольной щели; однако для множественных отверстий оптимальная частота ниже, чем для синтетической струи из единственного отверстия. Правильность результатов моделирования проверяется изучением их независимости от параметров сетки, временного шага и формы области и подтверждается имеющимися экспериментальными данными. Результаты моделирования, полученные в данном исследовании, замечательны тем, что они дают первичную точку отсчета для расчетов влияния частоты возбуждения и формы отверстия. Проведенное исследование показывает, что максимальное значение среднего коэффициента теплопередачи равно 86.5 Вт/м²К для отверстия в виде одиночной прямоугольной щели, что на 21% больше по сравнению с одиночным круглым отверстием. Для отверстия в виде одиночной прямоугольной щели, когда отношение расстояний от отверстия до нагревателя (Z/b) равно 80, значение коэффициента теплопередачи равно 112.5 Вт/м²К, что примерно на 20.3% больше по сравнению с одиночным круглым отверстием при Z/d=14, и тем самым приводит к лучшим эксплуатационным качествам.