Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

05.03 Распространение интенсивных волн, пилообразные и слабые ударные волны

 

Ахметов А.Т., Гималтдинов И.К., Ситдикова Л.Ф., Азаматов М.А., Султангареев Ю.С., Хайритдинов Т.Д. «О влиянии водонасыщенности на распространение ударных волн слабой интенсивности в насыпных средах» Инженерно-физический журнал, 94, № 2, с. 418-423 (2021)

Приведены результаты экспериментальных исследований распространения ударных волн в средах из песка или стеклянных шариков с объемным содержанием в поровом пространстве жидкости от 0 до 100%. Установлено, что микропузырьки газа на поверхности дисперсных частиц при полном насыщении пористой среды водой оказывают большое влияние на скорость распространения волн. Ключевые слова: насыпная пористая среда, ударная волна, водонасыщенность, скорость распространения

Инженерно-физический журнал, 94, № 2, с. 418-423 (2021) | Рубрики: 04.16 05.03

 

Невдах В.В. «О выполнении закона сохранения энергии в теории упругих волн» Наука и техника, 20, № 2, с. 161-167 (2021)

В соответствии с законом сохранения энергии полная энергия замкнутой физической системы должна оставаться постоянной в любой момент времени. Энергия бегущей упругой волны состоит из кинетической энергии колеблющихся частиц среды и потенциальной энергии ее упругой деформации. В существующей теории упругих волн считается, что плотности кинетической и потенциальной энергий бегущей волны без потерь одинаковы в любой момент времени и меняются по одинаковому закону. Соответственно плотность полной энергии такой волны разная в различные моменты времени, а постоянным сохраняется только ее усредненное по времени значение. Таким образом, в существующей теории упругих волн закон сохранения энергии не выполняется. Цель настоящей работы – дать физически корректное описание этих волн. Предложено новое описание звуковой волны в идеальном газе, основанное на использовании системы волновых уравнений для возмущения скорости колебаний частиц газа, определяющего их кинетическую энергию, и для упругой деформации, определяющей их потенциальную энергию. Показано, что физически корректными решениями такой системы уравнений для бегущей звуковой волны являются гармонические решения, описывающие колебания возмущения скорости частиц газа и упругой деформации, которые сдвинуты по фазе на p/2. Получено, что положения максимумов кинетической и потенциальной энергий упругой волны, описываемых такими решениями, чередуются в пространстве через каждые четверть длины волны. Установлено, что через каждые четверть периода в волне без потерь происходит полное преобразование кинетической энергии в потенциальную и обратно, при этом в каждой пространственной точке волны ее полная плотность энергии одинакова в любой момент времени, что согласуется с законом сохранения энергии. Плотность потока энергии такой бегущей упругой волны описывается выражением для вектора Умова. Сделан вывод, что бегущую звуковую волну без потерь в идеальном газе можно рассматривать как гармонический осциллятор.

Наука и техника, 20, № 2, с. 161-167 (2021) | Рубрики: 05.02 05.03

 

Усынина Ю.И., Ермолаев Ю.Г., Косинов А.Д., Семёнов Н.В. «Исследование влияния единичного числа Рейнольдса на характеристики N-волны при M=2,5» Сибирский физический журнал (до 2017 г. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика), 16, № 1, с. 53-64 (2021)

Представлены результаты изучения особенностей развития слабых ударных волн, генерируемых двумерной шероховатостью на стенке рабочей части сверхзвуковой аэродинамической трубы, в свободном потоке при числе Маха 2,5. Измерения выполнены термоанемометром постоянного сопротивления. Показано, что двумерная наклейка индуцирует в свободный поток слабые ударные волны. Они вызывают искажения среднего течения, форма которых соответствует N-волне. В области прохождения пары слабых ударных волн зафиксированы высокоинтенсивные пульсации. При увеличении единичного числа Рейнольдса уровень искажений среднего течения остается практически постоянным, но наблюдается рост нестационарных возмущений. Получено, что наибольший рост пульсаций, вызванный слабыми волнами Маха, наблюдается в области максимального градиента среднего течения. Обнаружено, что увеличение единичного числа Рейнольдса приводит к расширению диапазона частот неустойчивых возмущений, порождаемых парой слабых ударных волн.

Сибирский физический журнал (до 2017 г. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика), 16, № 1, с. 53-64 (2021) | Рубрики: 05.03 08.10

 

Суркаев А.Л., Канцедалов Д.А., Усачев В.И. «Определение угла расхождения ударной волны электрического взрыва плоской кольцевой фольги в воздушной среде» Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, № 1, с. 9-14 (2021)

Посредством анализа результатов экспериментальных исследований произведена оценка величины угла расхождения фронта ударной волны, генерируемой электрическим взрывом плоской кольцевой фольги в воздушной атмосфере. Взрывающаяся кольцевая фольга, разрядный ток по которой протекает в радиальном направлении от центра к периферии, формирует в пространстве ударную волну, имеющую ярко выраженную направленность. Методика определения угла расхождения ударной волны основывается на регистрации момента открытия системы фотоэлементов, расположенных линейно на внутренней поверхности полого цилиндра и освещаемых лазерным излучением. Фотоэлементы в исходном состоянии закрыты непрозрачными малоинерционными лепестками, которые под действием импульса воздушного давления приходят в движение. Электрические сигналы фиксируются запоминающими электронными осциллографами. В результате проведенных исследований определено значение угла расхождения фронта ударной волны, генерируемой взрывом в воздухе плоской кольцевой фольги из алюминия конкретных геометрических параметров и вложенной энергией W≈3,8 кДж. Ключевые слова: электрический взрыв проводников, плоская кольцевая фольга, ударная волна, скорость фронта волны, система фотодиодов, угол расхождения.

Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика, № 1, с. 9-14 (2021) | Рубрики: 05.03 08.10

 

Власов П.А., Михайлов Д.И., Панкратьева И.Л., Полянский В.А. «Зондовая диагностика хемоионизационных процессов в углеводородных высокотемпературных газовых смесях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 17-24 (2020)

Обсуждаются теоретические и экспериментальные результаты использования электрических зондов для получения информации об эффективной скорости хемоионизации в высокотемпературных химически реагирующих неравновесных газовых смесях сложного состава за отраженными ударными волнами в ударных трубах. Приведены данные измерений нестационарных электрических токов на проводящие и изолированные зонды в разных смесях. Для интерпретации таких измерений построена теоретическая модель, описывающая работу зонда в высокотемпературных неравновесных химически реагирующих газовых смесях атмосферного давления.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 17-24 (2020) | Рубрики: 05.03 17

 

Руденко О.В., Маков Ю.Н. «Звуковой удар: от физики нелинейных волн до акустической экологии (обзор)» Акустический журнал, 67, № 1, с. 3-30 (2021)

Изложена история вопроса. Вначале дана информация о развитии сверхзвуковой авиации. Затем кратко описана история изучения явления звукового удара, генерируемого при полете пуль и снарядов. Приведены результаты классиков аэроакустики – К. Доплера, Э. Маха и малоизвестные исторические факты, обнаруженные в старых зарубежных источниках. Указано на необходимость правильного использования термина “звуковой удар”, который не ограничен задачами авиационной акустики и присущ многим природным и техногенным явлениям. Отмечен 100-летний приоритет акустического эффекта перед более слабым оптическим аналогом – излучением Вавилова–Черенкова. Описаны проблемы, связанные с расчетом генерации возмущений при взаимодействии трансзвуковых и сверхзвуковых течений с реальными телами: необходимость учета деталей формы аэродинамического профиля, особенности поведения пограничного слоя, формирование ударных волн, турбулизация потока, кинетика (релаксация и диссоциация) атмосферных газов. Обсуждается явление волнового резонанса, ответственного за формирование удара при переходе через звуковой барьер. Описаны нелинейные процессы формирования N-волны при распространении сигнала сложной формы. Описано влияние основных эффектов, искажающих N-образный профиль: дифракции, фокусировки, множественных релаксационных явлений, уширяющих ударный фронт. Изложена теория N-волн в неоднородной среде. Построены примеры картины лучей в стандартной атмосфере и в области за турбулентным пограничным слоем. Изложены методы расчета, основанные на приближениях нелинейной геометрической акустики и нелинейной квазиоптики. Указаны проблемы, связанные с последствиями ударов и вредным их воздействием на окружающую среду, сооружения и живые организмы. Приведена обширная библиография и перечень основных обзоров в отечественной и зарубежной литературе. Ключевые слова: звуковой удар, сверхзвуковая авиация, исторические факты, ударный фронт, нелинейность, время релаксации, интегро-дифференциальное уравнение, спектр, профиль волны. DOI: 10.31857/S0320791921010032

Акустический журнал, 67, № 1, с. 3-30 (2021) | Рубрики: 05.03 08.10 08.14

 

Чживэй Ян, Юэцзинь Чжу «Численное исследование взаимодействия слабой плоской ударной волны с эллиптическим пузырьком легкого газа» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 80-89 (2021)

Приведены результаты численного исследования взаимодействия слабой плоской ударной волны с эллиптическим пузырьком легкого газа, полученные при помощи разностной схемы высокого разрешения. Исследовано влияние на процесс свойств конкретного легкого газа, наполняющего пузырек (гелия и неона). Обнаружено, что благодаря своей меньшей плотности пузырек гелия сжимается легче, чем неоновый пузырек, и может быть расщеплен на две части – верхнюю и нижнюю – вторгающейся внутрь струйкой воздуха, чего не происходит в случае пузырька неона. Площадь пузырька гелия убывает на стадиях сжатия при прохождении падающей и отраженной ударных волн и возрастает на стадиях разрежения за прошедшими ударными волнами. В то же время площадь пузырька неона убывает на всех четырех стадиях процесса, что связано, в основном, с тем, что средняя интенсивность завихренности возрастает с уменьшением плотности газа. Исследованы также факторы, влияющие на эволюцию завихренности, и обнаружено, что в уравнении, описывающем эволюцию завихренности, слагаемое, ответственное за сжатие газа, оказывает более сильное влияние на эту эволюцию, чем два других слагаемых. Это справедливо для пузырьков и гелия, и неона; однако, в стадии расширения после прохождения падающей ударной волны влияние вязкости в случае неонового пузырька оказывается сильнее, чем бароклинный эффект.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 80-89 (2021) | Рубрики: 04.12 05.03