Шадрина Н.Х. «Исследование влияния гладкомышечных сокращений на свойства стенки малого артериального сосуда» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 3-11 (2020)

Рассмотрена плоская задача о влиянии сокращений гладкомышечных клеток в стенке резистивного сосуда под действием трансмурального давления на радиус и распределение напряжений в сосудистой стенке. Считается, что в неактивированном состоянии стенка сосуда обладает гиперупругостью, а сокращения гладкомышечных клеток в результате активации дают вклад только в окружное напряжение. На основе модели и литературных экспериментальных данных получена функциональная зависимость активного напряжения от концентрации активатора гладкомышечных сокращений. Расчеты показывают, что общее напряжение в стенке определяется главным образом активной составляющей. Сокращения гладкомышечных клеток при увеличении давления приводят к уменьшению напряжений, при этом меняется характер распределения окружных напряжений. Окружные растяжения также снижаются при активации, их распределение становится более однородным. Как в пассивном, так и в активном сосудах модуль отношения радиального напряжения к окружному уменьшается с ростом растяжений, причем в активном это отношение в несколько раз больше, чем в пассивном.

Хакимов А.Г. «К задаче об обтекании круговой цилиндрической оболочки» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 12-18 (2020)

Представлены результаты моделирования струйного безотрывного обтекания упругой цилиндрической оболочки с нелинейными граничными условиями. Учитывается действие среднего давления на оболочку. Решение получено в виде рядов по степеням параметра аэрогидроупругости. Приводятся формы поперечного сечения оболочки, распределение давлений на деформированной и недеформированной оболочках, распределение безразмерного изгибающего момента, перерезывающей силы, усилия натяжения.

Ильиных А.Ю., Чашечкин Ю.Д. «Гидродинамика погружающейся капли: несмешивающиеся жидкости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 19-27 (2020)

Картины переноса вещества капель водного раствора чернил диаметром 0.2 и 0.5 см, свободно падающих в подсолнечное масло, исследовались методами макрофотосъемки и высокоскоростной видеосъемки в диапазоне высот падения от 25 до 65 см. В фазе погружения капли на форму картины течения влияет двойной слой на соприкасающихся контактных поверхностях, в котором часть доступной потенциальной поверхностной энергии жидкостей преобразуется в другие формы. Геометрии шеврона, состоящего из масла, и картины распределения вещества капли на внутренней поверхности венца оказываются подобными в начальной фазе течения. В дальнейшем формы каверны и всплеска и картины распределения вещества капли, зависящие от времени и высоты (скорости) падения капли, существенно отличаются. С началом спадания на внутренней поверхности венца образуются области, свободные от чернил (войды), оконтуренные тонкими волокнами (лигаментами) вещества капли. Волокна в последующем распадаются на мелкие капли. Прослежена геометрия всплеска, в том числе достигающего максимальной высоты в данном диапазоне параметров.

Калашник М.В., Чхетиани О.Г. «Оптимальные возмущения в развитии неустойчивости свободного слоя сдвига и системы из двух встречных струйных течений» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 28-41 (2020)

Развивается аналитический подход к определению оптимальных возмущений, пригодный для течений с кусочно-постоянным распределением завихренности. Подход опирается на уравнение баланса энергии возмущений и явные выражения для скорости роста энергии или отношения конечной и начальной энергий. Соответствующие выражения являются функциями начальных параметров и из исследования этих функций на экстремум находятся параметры оптимальных возмущений. В рамках подхода рассмотрены классическая задача Рэлея о неустойчивости свободного слоя сдвига и задача о неустойчивости системы из двух встречных струйных течений во вращающемся слое мелкой воды. Проведено сопоставление параметров оптимальных возмущений с параметрами растущих нормальных мод.

Губанов Д.А., Дядькин А.А., Запрягаев В.И., Кавун И.Н., Рыбак С.П. «Экспериментальное исследование влияния шероховатости сопла на параметры течения в слое смешения осесимметричной высокоскоростной дозвуковой струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 42-50 (2020)

Представлены результаты экспериментального исследования характеристик слоя смешения в начальном участке трансзвуковой струи, истекающей из конвергентных сопел с различной внутренней шероховатостью, при одинаковом значении числа Маха в ядре струи. Показано, что характеристики слоя смешения – радиальные профили измеренного полного давления и величины среднеквадратичных пульсаций полного давления, имеют автомодельный характер при удалении от среза сопла на величину более 1.5 выходного диаметра сопла. Показана возможность применения сопел с повышенной степенью шероховатости внутренней поверхности для исследования высокоскоростных струйных течений.

Зуев Ю.В. «О некоторых причинах немонотонного изменения концентрации дискретной фазы в двухфазной турбулентной струе» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 51-60 (2020)

Приводится математическая модель двухфазного турбулентного струйного течения, осредненные уравнения которой записаны для каждой фазы в переменных Эйлера. Анализ результатов расчетов, выполненных с использованием этой математической модели, позволил выявить причины немонотонного изменения объемной концентрации дисперсной фазы вдоль оси двухфазной струи. Рассмотрено влияние на изменение концентрации частиц в струе их размера, поперечной скорости, концентрации частиц и скольжения фаз в начальном сечении струи. Показано, что перечисленные граничные условия являются причиной немонотонного изменения объемной концентрации частиц в двухфазной струе только при значении числа Стокса, рассчитанном по параметрам фаз в начальном сечении струи, большем 0.14–0.15. При меньших значениях числа Стокса, когда частицы можно считать пассивной примесью, их объемная концентрация в струе монотонно уменьшается вдоль оси струи так же, как концентрация примеси в газовой струе переменного состава.

Горкунов С.В., Ильичев А.Т., Шаргатов В.А. «Критическая эволюция конечных возмущений поверхности испарения воды в пористых средах» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 61-69 (2020)

Показано, что приближенные стационарные решения, удовлетворяющие модельному диссипативному уравнению, описывающему процесс испарения воды вблизи порога неустойчивости поверхности фазового перехода, определяют затухающие локализованные возмущения конечной амплитуды при выполнении некоторого условия. Эти стационарные решения могут с хорошей точностью использоваться для предсказания того, по какому сценарию пойдет развитие возмущения, если это возмущение не имеет общих точек ни с одним стационарным решением. Если начальное положение фронта фазового перехода находится между спектрально устойчивым решением и любым из стационарных решений, то оно затухает. Если начальное положение фронта находится выше хотя бы одного спектрально неустойчивого стационарного решения, то происходит катастрофическая перестройка решения.

Цыпкин Г.Г. «Неустойчивость легкой жидкости над тяжелой при движении поверхности раздела в пористой среде» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 70-76 (2020)

Исследуется устойчивость движущейся поверхности раздела между газом и жидкостью в пористой среде. Предполагается, что область газа располагается над областью, насыщенной жидкостью. Рассмотрено приложение задачи к фильтрации грунтовых вод и движению нефти в месторождении с газовой шапкой. Показано, что неустойчивость поверхности раздела возникает при движении грунтовых вод в несмачиваемой среде и в среде с градиентом капиллярного давления, а также при эксплуатации нефтяных месторождений, когда пластовое давление падает ниже давления в газовой шапке. Такая неустойчивость при наличии растворенной примеси может приводить к засолению грунтов, а при эксплуатации нефтяных месторождений к образованию остаточной нефти.

Липатов И.И., Фам В.К. «Методы управления течением в условиях сильного гиперзвукового взаимодействия» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 77-87 (2020)

Исследованы методы управления течением в ламинарном пограничном слое при локальном охлаждении поверхности. Получена зависимость скорости распространения возмущений вверх по потоку от температурного фактора поверхности обтекаемого тела. Исследованы методы управления течением в пограничном слое в условиях сильного вязко-невязкого взаимодействия за счет подавления процессов распространения возмущений вверх по потоку.

Шульц Р., Дитль П., Яшикова Д., Котек М., Копецкий В., Кисела Б. «Минимальное время регистрации для измерений скорости по изображениям частиц (PIV-метод) в резервуаре при перемешивании зубчатой крыльчаткой с высоким усилием сдвига» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 88-98 (2020)

Поле течения в механически перемешиваемом резервуаре часто исследуется PIV-методом (методом измерения скорости по изображениям частиц или, иными словами, с помощью трассерной визуализации). В опубликованных исследованиях время между регистрациями изображений изменяется от десятых долей секунды до нескольких секунд. Возникает вопрос: какое минимальное время регистрации необходимо для получения значимых данных? Настоящее исследование имеет целью определение минимального времени регистрации, которое требуется для получения согласованных результатов для поля скоростей, при использовании трассерной визуализации в резервуаре с жидкостью, перемешиваемой зубчатой крыльчаткой с высоким усилием сдвига. Полученные результаты помогают подобрать экспериментальные условия для PIV-измерений, которые гарантируют получение правильных данных для скорости. Эксперименты выполнены в цилиндрическом резервуаре с плоским дном внутренним диаметром 400 мм при наличии внутренних радиальных перегородок (дефлекторов) по всей высоте сосуда. Резервуар заполнялся тремя различными жидкостями и перемешивался зубчатой крыльчаткой (импеллером) диаметром 133 мм. Использовалась двумерная трассерная визуализация (PIV-метод) с разрешением по времени в диапазоне чисел Рейнольдса крыльчатки от 68000 до 221000. Статистический анализ радиальной и осевой компонент средней и пульсационных скоростей, измеренных в течении, нагнетаемом крыльчаткой, показал, что значение безразмерного минимального времени регистрации не зависит от числа Рейнольдса крыльчатки. Это значение равно Nt_Rmin=62 для средней радиальной скорости и пульсационных скоростей как в радиальном, так и осевом направлениях, тогда как большее время измерений, Nt_Rmin=174, требуется для получения согласованной средней осевой скорости при изменчивости ±2%. В качестве параметра масштабирования для оценки минимального времени регистрации изображений рекомендуется безразмерное число Nt_Rmin=const.

Ифу Чжан, Бин Лян, Цзинфэн Ни «Численное исследование подъема пузырька в вертикальном клинообразном канале модифицированным методом функции уровня» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 99-110 (2020)

Движение пузырьков в каналах сложной формы моделируется с использованием модифицированного метода функции уровня в сочетании с процедурой локальной повторной инициализации и методом коррекции объема. Последний метод позволяет корректировать потерю массы при моделировании пузырька стандартным методом функции уровня, а локальная повторная инициализация функции уровня исключает численную диссипацию, вызванную неортогональностью сетки на границе. При решении задачи о течении двухфазной среды в области со сложной границей сетка в физической плоскости строится в координатах, связанных с телом. Все параметры физической области преобразуются в вычислительную область, где основные уравнения дискретизируются на соотнесенных сетках с использованием метода конечных объемов и алгоритма SIMPLE для расцепления скоростей и давления. Поверхностное трение пузырька определяется на основе модели континуальной поверхностной силы. Результаты моделирования подъема пузырька в клинообразном канале показывают, что предложенный метод эффективен при решении задач о движении пузырьков в областях сложной формы.

Кусов А.Л., Лунёв В.В. «О волнах разрежения при испарении материала в вакуум и малоплотную среду» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 111-122 (2020)

Рассмотрена задача об одномерных интенсивных волнах испарения, т.е. о нестационарном внезапном разлете в вакуум или в среду с малой плотностью паров перегретого материала с пластины, цилиндра или сферы, с последующими постоянными ("звуковыми") граничными условиями на их поверхностях.

Егорян А.Д., Крайко А.Н. «Сравнение воздушно-реактивных двигателей с медленным и детонационным горением» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 123-137 (2020)

Сравниваются прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ПВРД) разных схем с медленным и детонационным горением. Стационарные и нестационарные процессы в них описываются простыми моделями газо- и термодинамики, детонационной волны, торможения воздуха в воздухозаборнике и разгона продуктов сгорания в сверхзвуковых частях сопел. В рамках таких моделей при фиксированном показателе адиабаты характеристики каждого двигателя зависят от двух параметров – числа Маха полета и безразмерной удельной теплоты горения горючей смеси. Сравнение, проведенное для всех их реальных величин с анализом термодинамических циклов и одномерными нестационарными расчетами (для двигателей с горением в движущихся детонационных волнах), подтвердило важность учета нестационарных процессов в камерах сгорания. Выполненное сравнение актуально из-за частых утверждений о возможном значительном увеличении тяговых характеристик при замене прямоточных двигателей с медленным горением при постоянном давлении (ПВРД) на двигатели с горением в пульсирующих или вращающихся детонационных волнах (Pulse-Detonation Engine (PDE) или Rotating Detonation Engine (RDE)). Обычно эти утверждения делаются на основе сравнения термических коэффициентов полезного действия (кпд) и рассчитанных по ним удельных тяг и импульсов. При нестационарном течении в камере сгорания пересчет тяг и импульсов по термическому кпд завышает их значения. Справедливость этого для многокамерных PDE подтвердили нестационарные расчеты. При мгновенном открытии и закрытии входа в детонационные камеры и мгновенном без энергозатрат инициировании детонационной волны тяга PDE, начиная с небольших сверхзвуковых чисел Маха полета, получается меньше тяги ПВРД. Аналогичный пересчет для RDE незаконен из-за перехода во вращающуюся неинерциальную систему координат.

Лакшми Сринивас А., Сридхар Б.Т.Н. «Экспериментальное исследование распределения давления на стенке сопла Лаваля с пилоном, моделирующим вдув» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 138-149 (2020)

Выполнены измерения давления на стенке сопла Лаваля с пилоном, моделирующим вдув газа через стенку, и определены внутренние силы и моменты сил. Пилон, обращенный к потоку, имел прямоугольное поперечное сечение и был помещен на расстоянии, равном двум третьим от длины расширяющейся части сопла, начиная от его горла. Расчетное число Маха сопла равно 1.84. Высота пилона варьировалась при постоянном внутреннем полном давлении 690 кПа. Целью экспериментов было выяснить возможность использования твердого тела (пилона) в качестве альтернативы вторичному вдуву газа для управления вектором тяги. Для понимания характера взаимодействия потока с пилоном исследовано распределение давления по стенке сопла. Расчеты, выполненные на основании экспериментальных данных, показывают, что наличие пилона и изменение его высоты оказывают существенное влияние на боковую силу и продольный момент, что может быть полезно для управления вектором тяги.

«Памяти Анфимова Николая Аполлоновича» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 150 (2020)

29 октября 2019 года ушел из жизни выдающийся советский и российский ученый Анфимов Николай Аполлонович. Николай Аполлонович родился 29 марта 1935 г. В 1958 г. он окончил аэромеханический факультет Московского физико-технического института. С 1958 г. работал в НИИ тепловых процессов в должностях от инженера до начальника научного отдела. Начиная с 1974 г. работал в ЦНИИМАШ, занимал должности начальника отделения, заместителя директора, первого заместителя директора по научной работе. С февраля 2000 г. по 2013 г. Н.А. Анфимов Генеральный директор ЦНИИМАШ. Николай Аполлонович ведущий специалист России в области аэрогазодинамики, теплообмена, наземных испытаний ракет и космических аппаратов, системного проектирования космических транспортных систем. Руководил научно-исследовательскими и экспериментальными работами, связанными с созданием многоразовых транспортных космических систем (МТКС), возглавлял с российской стороны совместные работы Российского и Европейского космических агентств по научно-техническому сотрудничеству в этом направлении. Автор более 200 научных работ. Долгое время был членом Президиума Российской академии наук, членом бюро Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН, членом Совета Российского фонда фундаментальных исследований; действительным членом Международной академии астронавтики и Российской академии космонавтики имени К.Э. Циолковского. Являлся заместителем председателя научного совета при Совете Безопасности Российской Федерации, членом Совета по грантам Президента РФ, членом редколлегии журнала "Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа", главным редактором журнала "Космонавтика и ракетостроение". Родина высоко оценила заслуги Н.А. Анфимова, он лауреат Государственной премии СССР, премии Правительства РФ, премии им. Н.Е. Жуковского, награжден орденами и медалями СССР и РФ, а также французским Орденом Почетного легиона. Редколлегия журнала "Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа" выражает глубокое соболезнование семье Анфимова Николая Аполлоновича.