Копьев В.Ф., Чернышев С.А., Юдин М.А. «Развитие начальных возмущений в задаче о движении цилиндра, обтекаемого циркуляционным потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 75-83 (2019)

Работа посвящена исследованию устойчивости цилиндра в циркуляционном потоке невязкой несжимаемой жидкости. Исследование устойчивости в простой двумерной системе представляет значительный интерес, так как в этой задаче можно получить аналитическое решение, как для спектральной, так и для начальной задачи. Особый интерес представляет исследование области критического слоя, в которой фазовая скорость возмущений совпадает со скоростью среднего течения, поскольку именно в этой области происходит концентрация возмущений и их безграничный рост.

Бхоранья Р., Винод Н. «Анализ глобальной устойчивости пограничного слоя, развивающегося в пространстве. Влияние продольного градиента давления» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 84-98 (2019)

Выполнен анализ глобальной устойчивости двумерного несжимаемого пограничного слоя при наличии продольного градиента давления. Рассмотрено обтекание симметричного клина при различных значениях безразмерного параметра β_H, характеризующего градиент давления. Градиент давления в направлении течения равен нулю при β_H=0, сопутствующий (отрицательный) при β_H>0 и встречный (положительный) при β_H<0. Базовое течение определяется численным решением уравнения Фолкнера–Скэна. Число Рейнольдса определяется по толщине вытеснения на входной границе течения. Уравнения, описывающие возмущения течения, выведены в системе координат, связанной с телом. Эти уравнения дискретизированы при помощи метода спектральной коллокации Чебышева. Дискретизированные уравнения, совместно с граничными условиями, образуют задачу о собственных значениях, которая решается посредством алгоритма Арнольди. Глобальные временные моды возмущений рассчитаны при β_H=0.022, 0.044 и 0.066 для сопутствующих и встречных градиентов давления. Для всех глобальных мод инкремент возмущений во времени ω_i оказывается отрицательным. При одном и том же числе Рейнольдса Re=340 значения ω_i меньше в случае сопутствующего градиента давления (СГД), чем в случае встречного градиента давления (ВГД). Таким образом, СГД оказывает стабилизирующее влияние на пограничный слой. Сравнение пространственных собственных мод и характеристик усиления возмущений в пространстве для случаев СГД и ВГД показывает, что СГД оказывает стабилизирующее, а ВГД дестабилизирующее влияние на возмущения пограничного слоя.

Нгуен Тат Тханг, Дуонг Нгок Хай «Численное исследование подводного обтекания тонких тел при наличии естественной кавитации» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 99-113 (2019)

Важность кавитационных течений в высокоскоростной подводной гидродинамике обусловлена созданием благоприятного эффекта снижения сопротивления. Придание подходящей формы телу, погруженному в жидкость, может не только обеспечить устойчивость обтекания такого тела, но и максимально увеличить проходимое им расстояние. Для исследования динамики кавитационного течения и взаимодействия между телом и окружающей средой могут быть использованы как физический эксперимент, так и численное моделирование. На эту тему проведен ряд исследований, но влияние формы обтекаемого тела изучено недостаточно. В настоящей работе численно исследовано обтекание погруженных тел при наличии естественной кавитации. Тела отличаются формой и длиной кавитатора; рассматривается их стационарное обтекание. Исследование проводится в рамках модели двухфазной смеси, κ–ε-модели турбулентности и модели кавитации Зварта–Гебера–Беламри (ЗГБ). Выполнено сравнение с опубликованными данными. Изучено обтекание различных тел при наличии естественной кавитации. Предложено модифицированное значение коэффициента сопротивления.

Сайпракаш М., Сентилкумар С., Кадам сунил Дж., Рампратар С.П., Шанмугам В., Балу Дж. «Влияние угла атаки и радиуса затупления на распределение скорости нагрева затупленных моделей при гиперзвуковых скоростях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 114-128 (2019)

Исследуется влияние радиуса затупления на распределение интенсивности теплопереноса вдоль линии торможения и на поверхности затупленного тела. Эксперименты выполнены в гиперзвуковой ударной трубе при гиперзвуковом числе Маха, равном 6.56 и половине угла раствора затупленного конуса 11.38° с радиусом затупления 0.2R, где R – радиус основания модели. Кроме того, эксперименты выполнены при числе Маха, равном 7.32 и половине угла раствора затупленного конуса модели 13.87° с радиусом затупления 0.18R, где R – радиус основания. Тест выполнен при энтальпии в точке торможения 1.4 и 2 МДж/кг с эффективным временем теста 3.5 мс. Измерения конвективного теплопереноса выполнены на модели с двумя разными углами атаки, а именно, 0 и 5° с углами поворота, равными 0, 90 и 180° с датчиками из тонкой платиновой пленки. Для моделирования течения около затупленной модели при разных числах Маха был использован пакет ANSYS-Fluent. Отход ударной волны, измеренный с помощью шлирен-фотографий, сравнивается с теорией и результатами исследования методами вычислительной гидродинамики для обеих конфигураций. Измеренное значение нагрева в точке торможения сравнивается с теоретическим значением, вычисленным по формуле Фэя–Ридделла и полученным с помощью численного моделирования. Измеренная скорость теплопереноса больше для конфигурации 1 по сравнению с конфигурацией 2. Увеличение интенсивности теплопереноса обусловлено бoльшим перепадом плотности на ударной волне и уменьшенной толщиной ударного слоя. Измеренная толщина ударного слоя составляла 2.06 мм при числе Маха 6.56 и 3.45 мм при числе Маха 7.32. Интенсивность теплопереноса больше при числе Маха 6.56 по сравнению с числом Маха 7.32.

Храмцов П.П., Васецкий В.А., Грищенко В.М., Дорошко М.В., Черник М.Ю., Махнач А.И., Ших И.А. «Диагностика полей плотности фотометрическим теневым методом при гиперзвуковом обтекании конуса в легкогазовой баллистической установке» Журнал технической физики, 89, № 10, с. 1506-1512 (2019)

Предложен новый способ получения гиперзвуковых течений и представлены результаты экспериментального исследования гиперзвукового обтекания конусов с углами полураствора τ₁=3° и τ₂=12° при числах Маха набегающего потока M=18 (τ₁=3°) и 14.4 (τ₂=12°). Использование легкогазовой баллистической установки, в которой вместо канала разгона было установлено сопло Лаваля, позволило получить гиперзвуковой поток с высоким значением оптической плотности истекающего газа, достаточной для визуализации и диагностики течения оптическими методами. Визуализация картины течения производилась теневым методом ножа и щели. Теневые картины регистрировались с помощью высокоскоростной камеры Photron Fastcam с временем экспозиции 1 μs и скоростью съемки 300 000 fps. Число Маха для набегающего потока рассчитывалось по теневым картинам на основе угла наклона ударной волны. Ключевые слова: легкогазовая установка, гиперзвуковое течение, теневой метод, сопло Лаваля, число Маха.

Бекетаева А.О., Bruel P., Найманова А.Ж. «Детально-сравнительный анализ взаимодействия сверхзвукового потока с поперечной газовой струей при больших параметрах нерасчетности» Журнал технической физики, 89, № 10, с. 1513-1523 (2019)

Взаимодействие пространственного сверхзвукового турбулентного потока газа с вдуваемой перпендикулярно со стенки звуковой струей было широко изучено как численно, так и экспериментально. Однако основным недостатком этих исследований является отсутствие детализации образования и распространения вихревых структур, как для умеренных, так и больших параметров нерасчетности n (отношение давления в струе к давлению в потоке). Выполненное в данной работе исследование направлено на выявление и углубленное понимание механизмов образования вихрей за вдуваемой звуковой струи в сверхзвуковом натекающем потоке в зависимости от n с точки зрения повышения эффективности перемешивания струи и потока. Исходными являются трехмерные осредненные по Фавру уравнения Навье–Стокса, замкнутые κ-ω моделью турбулентности, решение которых осуществляется с помощью алгоритма, построенного на основе ENO-схемы третьего порядка аппроксимации. Показано присутствие известных из ряда теоретических работ вихревых структур: два противоположно вращающихся вихря перед струей; подковообразный вихрь; две пары, формирующиеся в зоне смешения между струей и потоком, одна из которых в следе за струей, одна по боковой линии струи. Определены параметры нерасчетности, при которых появляются дополнительные пары вихрей, где одна пара возникает на кромке диска Маха в результате взаимодействия замедленного потока струи за диском Маха с высокоскоростным восходящим потоком за бочкой, а вторая обусловлена взаимодействием восходящего потока струи с натекающим основным потоком газа. В результате сравнительного анализа выявлены параметры нерасчетности, при которых наблюдается четкая картина дополнительных роговых вихрей вблизи стенки в области за струей. Получен график зависимости угла наклона головного скачка уплотнения от параметра нерасчетности. Установлено удовлетворительное согласие распределения давления на стенке перед струей в плоскости симметрии с экспериментальными данными. Ключевые слова: численное моделирование, сверхзвуковое течение, совершенный газ, пограничный слой, уравнения Навье–Стокса, параметр нерасчетности, ударная волна.