Ширяев А.А. «О собственных частотах осцилляций поверхности свободнопадающей составной капли идеальной жидкости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 3-11 (2020)

Представлен анализ осцилляций поверхности двухслойной капли идеальной жидкости. Показана возможность присутствия двух разных частот осцилляций выбранной моды. Проанализировано влияние основных параметров составляющих каплю жидкостей на собственные частоты осцилляций моды. Получено, что относительное уменьшение толщины слоя внешней жидкости приводит к снижению собственных частот как синфазных, так и противофазных колебаний. Увеличение разницы между коэффициентами поверхностного натяжения приводит к увеличению собственных частот. Относительное увеличение плотности внутренней жидкости повышает собственные частоты в синфазном режиме и практически не влияет на частоты в противофазном режиме. Получены упрощенные выражения для параметрических зависимостей собственных частот осцилляций свободно поверхности составной капли.

Ткачева Л.А. «Колебания цилиндра в жидкости под ледяным покровом вблизи вертикальной стенки» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 12-25 (2020)

Получено решение задачи о колебаниях кругового цилиндра в жидкости конечной глубины под ледяным покровом вблизи вертикальной стенки. Ледяной покров моделируется тонкой упругой полубесконечной пластиной постоянной толщины. Рассмотрены различные граничные условия на кромке пластины: свободный край и защемленный. Исследованы коэффициенты присоединенных масс и демпфирования, амплитуды прогиба и деформаций ледяного покрова, сил, действующих на стенку, в зависимости от частоты колебаний и входных параметров задачи.

Алексюк А.И., Шкадов В.Я. «Исследование нестационарных течений с поверхностью раздела методом численного решения уравнений Навье–Стокса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 26-35 (2020)

Рассматриваются течения двух неперемешивающихся жидкостей с учетом капиллярных сил и силы тяжести. Движение жидкостей описывается в рамках модели вязкой несжимаемой жидкости в двумерной постановке. Уравнения Навье–Стокса численно решаются расширенным методом конечных элементов (extended finite element method), который допускает наличие сильных разрывов на поверхности раздела. Положение границы раздела отслеживается с помощью метода функции уровня (level set method). Такой подход позволяет исследовать течения с меняющейся топологией поверхности раздела. Приводятся результаты решения задач о всплытии "двумерного пузыря", о развитии неустойчивости Рэлея–Тейлора и о стекании пленки по вертикальной стенке в протяженной области.

Гапонов С.А., Терехова Н.М. «Автоколебания, ответвляющиеся от нейтральной кривой в сверхзвуковом пограничном слое» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 36-44 (2020)

В рамках слабонелинейной теории устойчивости исследуется мягкое и жесткое порождение периодических колебаний в сверхзвуковом пограничном слое при умеренном (М=2) и высоком числах Маха (М=5.35). Модель включает эффекты самовоздействия, присущие течениям несжимаемой жидкости (порождение стационарных вторичных гармоник и генерацию возмущений двойных частот), а также появляющиеся только для сжимаемого газа кубические члены исходных колебаний. Изучение характера порождения периодических режимов вблизи нейтральной кривой в сжимаемых течениях полезно, так как оно может привести к новым результатам, необходимым для понимания закономерностей ламинарно-турбулентного перехода.

Монахов А.А., Панкратьева И.Л., Полянский В.А. «Парогазовая кавитация и сопутствующая ей электризация при скольжении цилиндра по поверхности» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 45-50 (2020)

Экспериментально исследовано образование трехфазных кавитационных пузырьков в гидрофобной жидкости при скольжении цилиндрического тела по твердой поверхности. Определена структура кавитационных пузырьков. На границе раздела газа и гидрофобной жидкости обнаружены микрокапли из сконденсированных паров воды с положительным электрическим зарядом поверхности, при этом оболочка кавитационного пузырька имеет отрицательный заряд. Каждый такой кавитационный пузырек индуцирует свое электрическое поле за счет поверхностных зарядов границ раздела. Установлено влияние полей соседних пузырьков на перемещение микрокапли воды. Наличие электрического поля у пузырьков может приводить к их отталкиванию или объединению. Впервые зарегистрирована электролюминесценция, возникающая при объединении пузырьков.

Борзенко Е.И., Шрагер Г.Р. «Кинематика течения вязкой жидкости при заполнении трубы с коаксиальным центральным телом» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 51-58 (2020)

Проведено численное моделирование течения вязкой жидкости со свободной поверхностью, реализующегося при заполнении вертикальной круглой трубы с коаксиальным центральным телом в поле силы тяжести. Математическая постановка задачи включает уравнения Навье–Стокса и неразрывности, которые дискретизируются методом контрольного объема с привлечением корректирующей процедуры SIMPLE. Естественные граничные условия на свободной поверхности удовлетворяются с использованием метода инвариантов. Выполнены параметрические исследования процесса заполнения. Построены критериальные зависимости характеристик формы свободной поверхности от основных безразмерных параметров задачи. Исследована картина массораспределения.

Мохими М., Мотауэй Х. «Исследование эффективных параметров ветрогенератора Горлова с вертикальной осью» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 59-79 (2020)

Развивается экономичная модель расчета аэродинамической схемы и производительности ветрогенератора Горлова с вертикальной осью. С этой целью для вертикального ветрогенератора Горлова развивается модель двойных множественных трубок тока (DMST), которая основывается на теории момента (количества движения) элемента лопасти. Разработанная модель проверяется на достоверность путем сравнения полученных результатов с имеющимися в литературе. Кроме того, проведена общая оценка влияния геометрических и рабочих параметров, включая профиль лопасти, число лопастей, винтовой угол, длина хорды, соотношение геометрических размеров лопасти и скорость набегающего потока ветра, на аэродинамические характеристики и кривые крутящего момента для ветрогенератора Горлова с вертикальной осью. На основании рассмотрения параметрических расчетов турбины Горлова найдено, что для профиля лопасти NACA 0018 максимальный коэффициент генерируемой мощности C_p равен 0.479 при относительной скорости конца лопасти λ=3.5. Кроме того, становится очевидным, что число лопастей и винтовой угол являются важными параметрами для уменьшения аэродинамических потерь и улучшения стабильности работы ротора. При увеличении длины хорды лопасти или соотношения геометрических размеров лопасти (высоты к диаметру) производительность увеличивается при небольших значениях λ, однако производительность падает при больших значениях λ и пиковом значении коэффициента генерируемой мощности C_p . Более того, поведение при автозапуске улучшается при увеличении длины хорды лопасти или скорости набегающего ветра и ухудшается при использовании более тонких профилей лопасти. Кривые для коэффициента использования энергии ветра становятся шире до тех пор, пока скорость потока набегающего ветра не достигнет расчетной (номинальной) скорости, которая для исследованной турбины Горлова равна 12 м/c.

Суржиков С.Т. «Расчетный анализ ионизации сжатого слоя при входе космического аппарата Schiaparelli в плотные слои атмосферы Марса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 80-92 (2020)

Представлен расчетный анализ неравновесных аэрофизических процессов у поверхности спускаемого аппарата Schiaparelli на участке гиперзвукового полета в плотных слоях атмосферы Марса. Реализована двухмерная расчетная модель, основанная на системе самосогласованных уравнений неравновесной физической и химической механики частично ионизованного многокомпонентного вязкого и теплопроводного газа. Расчетное исследование условий обтекания спускаемого аппарата Schiaparelli при его посадке на Марс показало, что в диапазоне высот 80–30 км в возмущенной спускаемым аппаратом области течения электронная концентрация достигает значений 10⁹–10¹¹ см^–3. Указанные расчетные данные подтверждаются летными данными по блокировке радиосигналов, которые передавались спускаемым аппаратом на орбитальный модуль.

Ху Б., Чжан Х., Юнис М.И. «Управление топологическим переходом в ламинарном течении на стыке тел посредством отсоса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 93-107 (2020)

Численно и экспериментально исследовано влияние отсоса на топологический переход в течении на стыке тел. Рассмотрены различные комбинации мест отсоса и изучено влияние расхода отсасываемой жидкости на топологический переход. Отмечается, что в каждом конкретном случае определенная комбинация мест отсоса и объемных расходов жидкости может превратить наиболее удаленную вверх по потоку особую точку системы подковообразных вихрей на поверхности из седла отрыва в седло присоединения. Топологический переход при малых интенсивностях отсоса достигается, когда отверстия отсоса расположены вблизи отрывной зоны. Наилучшее управление этими вихрями достигается, когда область отсоса расположена вблизи стыка при высоких интенсивностях отсоса. Предложенный ранее метод определения мест отрыва и присоединения, основанный на законе сохранения массы, подтвержден результатами моделирования седловых точек на поверхности, как изначальных, так и образовавшихся в результате отсоса. Результаты показывают, что топологический переход (отрыв или присоединение) в каждой седловой точке на стенке может быть точно предсказан по знаку дискриминантного коэффициента C_S/A, включающего местное касательное напряжение τ_w на стенке и ширину трубки тока n вблизи седла.

Кумар А., Рэй Р.К. «Структурный анализ бифуркаций картины течения с поперечным градиентом скорости при обтекании наклонного цилиндра с квадратным осевым сечением: приложение к двумерному нестационарному отрыву потока» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 108-124 (2020)

Рассматривая топологические свойства потока, анализируется структура бифуркаций несжимаемого двумерного (2-D) течения с поперечным градиентом скорости при обтекании наклонного цилиндра с квадратным осевым сечением. Используя этот анализ, показано, каким образом отрыв потока приводит к сложной структуре течения в течение некоторого времени. Задача решается, записывая уравнения Навье–Стокса в переменных функция тока – завихренность (ψ–_f) в декартовых координатах и используя компактную конечно-разностную схему высокого порядка. На основании проведенного анализа удалось установить точное положение первой и второй точек бифуркации в соответствующее безразмерное время их появления, как в начальной стадии, так и в полностью развитом течении. На поле течения влияют главным образом число Рейнольдса Re и поперечный градиент скорости (параметр сдвига) κ. Показано, что первая и вторая бифуркации возникают вниз по потоку от верхней и нижней кромок цилиндра в пределах очень маленькой временной разности вплоть до κ=0.1. Численное моделирование выполнено при Re=100 и 185 при изменении κ в диапазоне от 0.0 до 0.4. Целью настоящего исследования является уточнение влияния параметра сдвига на свойства течения. Временное поведение вихреобразования и значимые траектории трассирующих частиц при визуализации течения детально исследованы для всех значений параметров. Для исходного и полностью развитого течений продемонстрированы детали возникновения многократных отрывов течения при изменении κ. Проведенное сравнение с ранее полученными результатами, описанными в литературе, позволяет проверить точность и обоснованность результатов, полученных в настоящей работе.

Гермидер О.В., Попов В.Н. «Неизотермическое течение разреженного газа в длинном цилиндрическом канале при произвольных перепадах давления и температуры» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 125-140 (2020)

На основе S-модели кинетического уравнения Больцмана рассматривается задача о течении разреженного газа через длинный цилиндрический канал в зависимости от значений давления и температуры, поддерживаемых на его концах. Перепады давления и температуры на концах канала изменяются от малых значений, когда справедлива линейная теория переноса, до больших значений, когда средняя длина свободного пробега молекул газа перестает быть постоянной вдоль канала. Решение модельного кинетического уравнения находится методом коллокации с использованием полиномов и рациональных функций Чебышева. Получены значения массового потока и давления в канале. Проведено исследование изобарического и изотермического течений.

Голубятников А.Н., Украинский Д.В. «О точных аналитических решениях уравнений газовой динамики» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 141-150 (2020)

В рамках одномерной нестационарной газовой динамики с плоскими волнами развивается теория построения точных аналитических решений задачи Коши с помощью степенных рядов по специальной временной переменной, вид которой определяет конкретный класс движения. В общем виде рекуррентные соотношения на коэффициенты конечны и устроены таким образом, что для вычисления искомых функций не нужно решать дифференциальных уравнений или интегрировать, все члены рядов определяются последовательно по начальным условиям только с использованием алгебраических операций и дифференцирования. Данное обстоятельство позволяет также находить члены рядов точно с помощью любого математического пакета, допускающего символьные преобразования. Обсуждаются необходимые граничные условия и излагается методика контроля поведения рядов. Разбираются примеры физических задач, решаемых разработанным методом.