Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2020, № 5

 

Колчанова Е.А. «Осредненные виброконвективные течения жидкости в двухслойных системах разной проницаемости при нулевой гравитации» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 3-6 (2020)

Исследуется осредненная валиковая конвекция, возникающая под действием вибрации в двухслойной жидкостной системе с однородной пористой зоной разной проницаемости. Система совершает высокочастотные осцилляции поперечно вертикальному градиенту температуры в невесомости. Моделирование конвективной задачи проводится на основе метода осреднения. Определяются диапазоны частот вибрации и проницаемостей пористой зоны, характерные для коротковолновых и длинноволновых валов. При нулевой гравитации обнаружена резкая смена вида валов с ростом проницаемости, типичная для свободной тепловой конвекции в слоистых системах в обычных земных условиях. Найдено минимальное значение числа Дарси, ниже которого резкий переход от коротковолновой к длинноволновой конвекции с ростом частоты вибрации не происходит.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 3-6 (2020) | Рубрика: 04.16

 

Гапонов С.А., Терехова Н.М. «Трехволновые взаимодействия возмущений в сверхзвуковом пограничном слое» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 7-15 (2020)

В рамках слабонелинейной теории устойчивости рассмотрено взаимодействие вихревых возмущений (волн Толлмина–Шлихтинга) в сверхзвуковом пограничном слое на непроницаемой поверхности. Исследуется первый уровень нелинейного взаимодействия – в трехволновых резонансных системах. Рассмотрены основные закономерности взаимодействия в единичных триплетах, составленных из плоских и трехмерных компонент, после чего изучается групповое взаимовлияние (совместная реализация нескольких простых триплетов). Моделируется продольная динамика возмущения двух типов – контролируемых и естественных. Изучена возможность перераспределения энергии в таких волновых системах при реализации нелинейного взаимодействия составляющих пакетов волн. Показано, что резонансные взаимодействия адекватны реальным нелинейным процессам на ранних стадиях перехода.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 7-15 (2020) | Рубрика: 08.15

 

Дорощенко И.А., Знаменская И.А., Кули-заде Т.А., Татаренкова Д.И. «Характеристики турбулентного пограничного слоя на стеклянной поверхности канала за ударной волной» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 16-20 (2020)

Изучается влияние ламинарного и турбулентного пограничного слоя на локализацию свечения импульсного разряда в газодинамическом канале в покоящемся газе и в потоке. Обнаружено, что свечение разряда, локализованного в область отрыва на поверхности стекла, имеет вид правильных структур, отражающих структуру турбулентных неоднородностей в пограничном слое. Для визуализации был использован объемный импульсный разряд с ультрафиолетовой предионизацией, который реализуется в рабочей камере прямоугольного сечения.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 16-20 (2020) | Рубрика: 08.05

 

Погорелов И.О., Чувахов П.В. «Влияние энтропийного слоя на турбулизацию сверхзвукового пограничного слоя в следе за изолированными неровностями» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 21-27 (2020)

Экспериментально изучено влияние энтропийного слоя, порожденного малым притуплением передней кромки плоской пластины, на ламинарно-турбулентный переход сверхзвукового пограничного слоя в следе за изолированными элементами неровности, расположенными на поверхности пластины; радиус притупления варьируется. Эксперименты выполнены при числе Маха 6 в диапазоне числа Рейнольдса (0.4–2.3)·106, рассчитанного по месту расположения неровности и параметрам набегающего потока. Проверяются известные корреляции, оценивается критерий перехода.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 21-27 (2020) | Рубрика: 08.05

 

Болотнова Р.Х., Гайнуллина Э.Ф. «Моделирование динамики ударного воздействия на водные пены с учетом вязкоупругих свойств и явлений синерезиса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 28-32 (2020)

Предложена двухфазная модель водной пены, основанная на законах сохранения массы, импульса и энергии фаз в соответствии с однодавленческим, двухскоростным, двухтемпературным приближениями в осесимметричной постановке с учетом сил межфазного сопротивления, контактного теплообмена, вязкоупругих свойств и синерезиса пены. Термодинамические свойства воды и воздуха описаны уравнениями состояния в форме Ми–Грюнайзена и Пенга–Робинсона соответственно. Численная реализация модели выполнена в пакете OpenFOAM. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с данными эксперимента по сферическому взрыву в водной пене. Дан анализ эволюции сферической ударной волны при ее распространении в водной пене.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 28-32 (2020) | Рубрики: 05.03 08.10

 

Романюк Д.А., Циркунов Ю.М. «Нестационарные двухфазные течения газа с частицами в решетках профилей» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 33-45 (2020)

Численно исследуются нестационарные течения газа с твердыми частицами в системе двух плоских решеток “ротор–статор”. Течение несущего газа моделируется на основе уравнений Навье–Стокса (псевдо-DNS подход) и для сравнения на основе уравнений Рейнольдса (URANS подход) с κ–ω SST моделью турбулентности Ментера. В обоих случаях уравнения решаются численно с помощью конечно-объемного метода второго порядка. Течение бесстолкновительной примеси моделируется методом Лагранжа, а столкновительной – методом Монте-Карло. Учитывается обратное влияние частиц на течение газовой фазы. Анализируется влияние различных факторов случайной природы (разброс частиц по размерам, рассеяние при отскоке от лопаток, столкновения между частицами) на картину течения примеси и профили ее концентрации на выходе из статорной решетки.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 33-45 (2020) | Рубрики: 04.01 04.12

 

Афанасьев А.А., Веденеева Е.А. «Исследование эффективности закачки газа и воды в нефтяной пласт» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 46-55 (2020)

Исследуется смешивающееся вытеснение в пористой среде, связанное с закачкой углеводородного газа в нефтяной пласт. Используется композиционная модель для описания многокомпонентной фильтрации смесей, теплофизические свойства которых задаются уравнением состояния ван-дер-ваальсового типа. Создан комплекс программ для композиционного моделирования фильтрации в рамках указанной модели. С использованием комплекса сравнивается эффективность вытеснения нефти из пористой среды метаном или водой. Показано, что при фиксированном объемном расходе закачиваемой среды вытеснение водой эффективнее на начальных этапах закачки. Однако на поздних этапах закачка газа становится более эффективной для вытеснения легких компонент углеводородного ряда.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 46-55 (2020) | Рубрика: 09.08

 

Булатов В.В., Владимиров Ю.В. «Внутренние гравитационные волны в стратифицированной среде с модельными распределениями сдвиговых течений» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 56-60 (2020)

Рассмотрена задача о поле внутренних гравитационных волн в стратифицированной среде конечной глубины для модельных распределений фоновых сдвиговых течений. Для аналитического решения задачи использовано постоянное распределение частоты плавучести и различные линейные зависимости фонового сдвигового течения от глубины. Получены дисперсионные зависимости, которые выражаются через модифицированную функцию Бесселя мнимого индекса. При выполнении условия устойчивости Майлса–Ховарда и больших числах Ричардсона для построения аналитических решений были использованы дебаевские асимптотики модифицированной функции Бесселя мнимого индекса. Изучены свойства дисперсионного уравнения и исследованы основные аналитические характеристики дисперсионных кривых в зависимости от параметров фоновых сдвиговых течений. Численно рассчитаны фазовые картины возбуждаемых полей для различных моделей волновой генерации.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 56-60 (2020) | Рубрика: 07.03

 

Лущик В.Г., Макарова М.С. «Особенности теплообмена на проницаемой поверхности в сверхзвуковом потоке при вдуве инородного газа» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 61-64 (2020)

Проведено численное исследование ламинарного и турбулентного сжимаемого пограничного слоя на проницаемой пластине при вдуве гелия в сверхзвуковой поток ксенона. Рассмотрены режимы, при которых температура вдуваемого газа ниже температуры адиабатной непроницаемой стенки. Показано, что на некотором расстоянии от начала вдува температура проницаемой стенки становится ниже температуры вдуваемого газа. Проведено сравнение режимов однородного (смесь He(5%)–Xe с числом Pr=0.18) и инородного вдува (равномерный вдув гелия в поток ксенона) с температурой вдуваемого газа (смеси газов), равной адиабатной температуре непроницаемой стенки при соответствующем режиме.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 61-64 (2020) | Рубрики: 08.11 08.15

 

Навеен П.Т., Симхадри Р.Р., Ранджит С.К. «Совместное влияние температуры капли и смачиваемости поверхности на динамику столкновения отдельной капли» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 65-78 (2020)

Экспериментально исследовано влияние температуры жидкой капли на термо- и гидродинамику отдельной капли, падающей на поверхность, имеющую различную гидрофобность. Как правило, варьирование температуры жидкости приводит к изменению таких ее свойств, как плотность, вязкость, поверхностное натяжение и энтальпия, и в результате динамика капли испытывает видоизменения. Используя высокоскоростные средства воспроизведения изображений, картины морфологии и расширения капли исследуются в случае столкновения капли воды с гидрофильной, гидрофобной и супергидрофобной поверхностями. Деформация капли отслеживалась качественно и количественно для капель, температура которых находилась в диапазоне от 5 до 85°C, а число Вебера было между 14.5 и 160. В результате наблюдений найдено, что с ростом температуры жидкости коэффициент удлинения возрастает из-за совместного эффекта уменьшения плотности, поверхностного натяжения, вязкости и краевого угла смачивания твердой поверхности. Отмечено, что разница в удлинении капель при крайних значениях температуры в исследованном диапазоне температур для гидрофильной, гидрофобной и супергидрофобной поверхностей составляла 62.7, 27.76 и 20.52%, соответственно. При низкой температуре сила поверхностного натяжения преобладает, состояние Касси–Бакстера доминирует на текстурированной супергидрофобной поверхности, и капли отскакивают. Напротив, при повышенных температурах граница раздела между жидкостью и твердой средой разрывается, и жидкость проникает в каверны на поверхности, что имеет следствием состояние Венцеля. Более того, найдено, что та капля, которая испытывает многочисленные отскоки в низкотемпературном режиме, налипает на супергидрофобную подложку при высокой температуре капли независимо от числа Вебера.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 65-78 (2020) | Рубрика: 06.11

 

Гувернюк С.В., Кузьмин А.Г., Симоненко М.М. «Структура и перестройка вихревых течений на подветренной стороне осесимметричного тела при сверхзвуковом обтекании под углами атаки» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 79-82 (2020)

Представлены результаты численного исследования сверхзвукового обтекания заостренного удлиненного тела под углом атаки на примере осесимметричного цилиндрического корпуса с коническим наконечником. Идентифицированы возникающие при разных углах атаки отрывные и вихревые структуры, дано объяснение эффекта аномального повышения давления на подветренной стороне.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 79-82 (2020) | Рубрика: 08.15

 

Тунио И.А., Кумар Д., Хуссейн Т., Джатой М., Сафиулла «Исследование влияния переменной по размаху крыла волнистости на его аэродинамические характеристики» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 83-96 (2020)

Бугорки на плавниках китов-горбачей позволяют добиться положительного гидродинамического эффекта. В прошлом имели место многочисленные попытки использовать подобные бугорки на крыльях самолета для получения положительного аэродинамического эффекта. Активно исследовалось влияние толщины профиля, формы крыла в плане, числа Рейнольдса Re и длины волны и амплитуды волнистости на аэродинамические характеристики волнистого крыла и картину его обтекания. Однако эффект переменной длины волны вдоль размаха конечного крыла и его влияние на физику течения еще недостаточно исследованы. Цель настоящей работы состоит в изучении влияния переменной по размаху конечного крыла длины волны волнистости и определяющего механизма течения в предотрывном и отрывном режимах обтекания. Волнистые профили строятся на основе профиля NACA0021; результаты моделирования сравниваются с аналогичными результатами для профиля с гладкой передней кромкой (базовым профилем) при числе Рейнольдса Re=1.2×105. Валидация результатов моделирования выполнена на основе имеющихся в литературе экспериментальных данных. Рассмотрены две различные модели крыла; в первой из них (λ0305h1) длина волны возрастала от корня крыла до его оконечности, а во второй из них (λ0503h1), напротив, убывала. Результаты, полученные для аэродинамической силы, показывают, что в предотрывном режиме максимальное уменьшение аэродинамического качества L/D составляет 16.89 и 4.22% для крыльев λ0503h1 и λ0305h1 соответственно. В отрывном же режиме максимальное увеличение L/D составляет 2.97 и 19.18% для λ0503h1 и λ0305h1 соответственно, при угле атаки 20°. Отмечено, что модель λ0503h1 имеет меньшее значение L/D в отрывном режиме из-за образования вихрей на поверхности крыла. Вихри создают циркуляционную зону на крыле, в результате чего давление на верхней стороне крыла растет. На основании полученных результатов сделано заключение, что волнистость по размаху крыла самолета в отрывном режиме создает благоприятный эффект. Также сделан вывод о том, что увеличение длины волны волнистости от корня крыла к его оконечности предоставляет большие преимущества в аэродинамике крыла, чем уменьшение длины волны волнистости в направлении к его оконечности.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 83-96 (2020) | Рубрика: 08.15

 

Чжанг Ф., Йи С.Х., Су С.В., Ню Х.Б., Лу С.Г. «Структура течения и распределение потока тепла в поле течения, вызванного стреловидным стабилизатором при М=6» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 97-109 (2020)

Структуры нестационарного течения и распределение поверхностного потока тепла в поле интерференционного течения, вызванного стабилизатором с прямой стреловидностью, зарегистрированы средствами рассеяния на наночастицах лазерным ножом и методом термочувствительных красок при числе Маха M=6. Одновременно для моделирования поля течения решаются уравнения Навье–Стокса, осредненные по Рейнольдсу, с использованием κ–ω SST (переноса сдвиговых напряжений) модели турбулентности. Численные результаты анализируются и сравниваются с данными экспериментов. В экспериментах наблюдались типичные структуры течения в области влияния стреловидного стабилизатора, которые включают отошедшую головную ударную волну, зону отрыва, тонкий пограничный слой около стабилизатора, подковообразный вихрь и т.д. Численные результаты хорошо согласуются с изображениями, полученными методом рассеяния на наночастицах лазерным ножом. Что касается распределения теплового потока, в экспериментах наблюдалась область со стороны передней кромки стабилизатора с высокой тепловой нагрузкой, обусловленной отрывом потока, и область с ростом теплового потока, вызванного головной ударной волной. Численные результаты по потоку тепла, вызванного головной ударной волной, имеют хорошее согласие с данными экспериментов, однако результаты в области высокого теплового потока вблизи передней кромки стабилизатора имеют гораздо большее отличие от данных эксперимента из-за повторного присоединения пограничного слоя, что, тем не менее, нуждается в дальнейшем уточнении.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 97-109 (2020) | Рубрика: 08.15

 

Егоров И.В., Илюхин И.М., Нейланд В.Я. «Численное моделирование взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем над движущейся поверхностью» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 110-117 (2020)

Рассматриваются результаты численного моделирования взаимодействия скачка уплотнения с ламинарным пограничным слоем на движущейся плоской пластине, обтекаемой сверхзвуковым потоком совершенного газа при числе Маха М=3. Скачок уплотнения задается с помощью граничных условий Ренкина–Гюгонио, что соответствует в идеальном газе ударной волне от клина с заданным углом полураствора. Моделирование основано на численном решении двумерных нестационарных уравнений Навье–Стокса методом установления. Для верификации расчетных результатов проводится сравнение отрывного обтекания неподвижной плоской пластины с экспериментальными данными. На основе численных данных исследуется влияние скорости движения пластины на структуру отрывного течения и основные закономерности данной задачи. Показано, что движение стенки вниз по потоку уменьшает протяженность отрывной области, а обратное движение увеличивает.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 110-117 (2020) | Рубрика: 08.15

 

Горшков А.Б. «Аэродинамические характеристики сферы и цилиндра в сверхзвуковом потоке при малых числах Рейнольдса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 118-129 (2020)

Рассматривается ламинарное течение около сферы и цилиндра, расположенного перпендикулярно набегающему потоку, с фиксированной температурой поверхности, равной температуре восстановления при сверхзвуковом обтекании совершенным газом с постоянным отношением теплоемкостей на основе численного решения уравнений Навье–Стокса. Расчеты выполнены при числах Маха 3 (цилиндр) и 5 (сфера) в диапазоне чисел Рейнольдса 1–3000. Исследовано влияние граничных условий прилипания и скольжения на поверхности тела на параметры течения. Основное внимание уделено определению аэродинамических характеристик. Выполнено сравнение с имеющимися экспериментальными и расчетными данными.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 118-129 (2020) | Рубрика: 08.15

 

Виноградов Ю.А., Здитовец А.Г., Киселев Н.А., Медвецкая Н.В., Попович С.С. «Измерение адиабатной температуры стенки плоской пластины, обтекаемой сверхзвуковым воздушно-капельным потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 130-136 (2020)

Представлены результаты измерения температуры поверхности плоской пластины, обтекаемой сверхзвуковым воздушно-капельным потоком. Пластина из дюралюминия устанавливалась вертикально в рабочем канале аэродинамической установки. Капли жидкости (дистиллированная вода) в воздушный поток распылялись в форкамере через центробежные форсунки. Массовая концентрация жидкости составляла ∼0.36, 0.27% средний диаметр капель по Заутеру – ∼110 мкм, число Маха набегающего потока М=2.5, 3.0. Температура поверхности измерялась тепловизором. Результаты измерений температуры поверхности пластины для случая однофазного (без капель) воздушного потока сравнивались с результатами для воздушно-капельного потока при одинаковых параметрах (по воздуху) в форкамере. Также для интенсификации осаждения капель жидкости на пластину использовался генератор скачка уплотнения в виде клина, установленного вертикально перед пластиной.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 130-136 (2020) | Рубрика: 08.15

 

Васильевский С.А., Гордеев А.Н., Колесников А.Ф., Чаплыгин А.В. «Тепловой эффект поверхностного катализа в дозвуковых струях диссоциированного воздуха: эксперимент на ВЧ-плазмотроне и численное моделирование» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 137-150 (2020)

На 100 киловатном индукционном плазмотроне ВГУ-4 проведены эксперименты по теплообмену в дозвуковых струях диссоциированного воздуха. При давлении в барокамере 50 и 100 гПа и мощности ВЧ-генератора 30–70 кВт измерены тепловые потоки к водоохлаждаемым поверхностям меди, серебра, тантала, бериллия, ниобия, золота, молибдена и кварца в критической точке цилиндрической модели диаметром 50 мм с плоским носком и скругленной кромкой. При этих же давлениях и мощности ВЧ-генератора 45 и 64 кВт исследован конвективный нагрев образца из спеченного карбида кремния в интервале температуры поверхности 1720–1910 K. Продемонстрирован эффект определяющего влияния каталитичности поверхности по отношению к рекомбинации атомов азота и кислорода на тепловой поток. Для условий экспериментов выполнено численное моделирование течений воздушной плазмы в разрядном канале плазмотрона, обтекания цилиндрической модели дозвуковыми струями и теплопередачи к критической точке модели. Из сравнения экспериментальных и расчетных данных по тепловым потокам к поверхностям металлов (Tw=300 K), кварца (Tw=572–722 K) и карбида кремния (Tw=1720–1910 K) установлена количественная шкала каталитичности исследованных материалов по отношению к гетерогенной рекомбинации атомов азота и кислорода.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 137-150 (2020) | Рубрики: 06.18 08.15