Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.08 Аэро-термо-акустика и акустика горения

 

Суржиков С.Т. «Гиперзвуковое обтекание острой пластины и двойного клина с электромагнитным актюатором» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 106-120 (2020)

Рассмотрена двухмерная задача гиперзвукового обтекания острой пластины и двойного клина, на поверхности которых расположены электроды, предназначенные для создания тлеющего разряда постоянного тока, оказывающего тепловое и силовое воздействие на сжатый поток газа у обтекаемой поверхности. Задача решается в самосогласованной постановке, когда параметры газового разряда определяются условиями в газовом потоке и пограничном слое, а конфигурация поля течения зависит от локальных силовых и тепловых воздействий, генерируемых разрядом. Поэтому система уравнений Навье–Стокса и сохранения энергии вязкого теплопроводного газа интегрируется совместно с системой уравнений диффузионно-дрейфовой модели для описания электродинамической структуры тлеющего разряда в потоке газа. Учитывается влияние внешнего магнитного поля с вектором магнитной индукции, перпендикулярным вектору скорости газового потока. Исследуется влияние параметров тлеющего разряда на структуру ударно-волнового взаимодействия на острой пластине и двойном клине.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 106-120 (2020) | Рубрики: 06.18 08.08

 

Грек Г.Р., Катасонов М.М., Козлов В.В., Корнилов В.И., Крюков А.В., Садовский И.А. «Управление ламинарно-турбулентным переходом на крыловом профиле путем распределенного отсоса через мелкоперфорированную поверхность» Сибирский физический журнал (до 2017 г. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика), 14, № 4, с. 28-54 (2019)

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния распределенного отсоса через перфорированный вкладыш на пространственное развитие возмущений пограничного слоя прямого крыла. Обнаружено, что распределенный отсос снижает в 10 раз интенсивность естественных возмущений пограничного слоя и в 20 раз интенсивность искусственных возмущений, генерируемых внешним акустическим полем. Спектральный анализ возмущений показал, что отсос снижает интенсивность высокочастотных пульсаций как для естественных, так и для вынужденных возмущений. Найдено, что распределенный отсос воздействует на среднее течение – при включенном отсосе устраняется отрыв пограничного слоя вблизи задней кромки крыла. Ключевые слова пограничный слой, линейная устойчивость, волны Толлмина–Шлихтинга, распределенный отсос, спектр возмущений

Сибирский физический журнал (до 2017 г. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика), 14, № 4, с. 28-54 (2019) | Рубрики: 08.08 08.15

 

Катасонов М.М., Грек Г.Р., Козлов В.В., Корнилов В.И., Крюков А.В., Садовский И.А. «Управление нелинейной стадией ламинарно-турбулентного перехода на крыловом профиле путем распределенного отсоса через мелкоперфорированную поверхность» Сибирский физический журнал (до 2017 г. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика), 15, № 2, с. 25-49 (2020)

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния распределенного отсоса через перфорированный вкладыш на пространственное развитие возмущений пограничного слоя прямого крыла на нелинейной стадии их развития. Обнаружено, что распределенный отсос снижает интенсивность интегральных пульсаций для естественных возмущений в 90 раз. Спектральный анализ возмущений показал уменьшение интенсивности высокочастотных пульсаций в узкой полосе частот на два порядка для естественных и для вынужденных возмущений, генерируемых внешним акустическим полем. Распределенный отсос воздействует на среднее течение: при включенном отсосе устраняется турбулентное состояние пограничного слоя, отрыв вблизи задней кромки крыла смещается ниже по потоку и устанавливается ламинарное течение в пограничном слое. Ключевые слова пограничный слой, нелинейная стадия, устойчивость, волны Толлмина–Шлихтинга, распределённый отсос, спектр возмущений

Сибирский физический журнал (до 2017 г. Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика), 15, № 2, с. 25-49 (2020) | Рубрики: 08.08 08.15

 

Крайко А.Н., Пьянков К.С., Тилляева Н.И., Шаповалов В.А. «Внутренние скачки уплотнения при сверхзвуковом обтекании контуров оптимальных тел и сопел» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 121-138 (2020)

В рамках идеального (невязкого и нетеплопроводного) газа рассмотрены задачи построения контуров плоских и осесимметричных тел минимального волнового сопротивления и сопел максимальной тяги, при обтекании которых возможны внутренние скачки уплотнения. Такие скачки могут возникать при обтекании внутренних изломов оптимальных контуров или при пересечении идущих от них одноименных характеристик. Возникающие во втором случае висячие скачки названы внутренними, если их начальные точки лежат внутри области определенности обтекаемого участка оптимального контура. Снизу по потоку область определенности ограничена характеристикой, приходящей в концевую точку такого участка. Внутренние висячие скачки могут возникать при наличии в оптимальном контуре отрезка изобарической линии тока. Появление внутренних изломов оптимальных контуров возможно из-за отражения идущих от них волн давления от головного скачка (для головных частей) или, как ожидалось, – от тангенциального разрыва (для кормовых частей). Для набегающих сверхзвуковых потоков с тангенциальным разрывом прямым методом с представлением искомых контуров кривыми Бернштейна-Безье, генетическим алгоритмом и быстрой и точной маршевой схемой расчета стационарных сверхзвуковых течений выполнен поиск оптимальных плоских кормовых частей с внутренним вогнутым изломом, обтекаемым с косым скачком. При надежном воспроизведении указанным методом построенных ранее общим методом множителей Лагранжа оптимальных кормовых частей с выпуклым внутренним изломом ожидаемые оптимальные конфигурации с вогнутым изломом и внутренним скачком при использовании прямого метода не были обнаружены. Вместо них реализовывались оптимальные контуры с центрированными волнами сжатия и разрежения с общим фокусом на тангенциальном разрыве и идущим из него "внешним" косым скачком. Затем новые "разрывные безударные" решения построены в точной постановке в рамках "метода неопределенного контрольного контура" и метода характеристик. Выполнены обобщения на контуры кормовых частей тел вращения и сверхзвуковых частей сопел. При равномерном набегающем потоке оптимальные кормовые части всегда обтекаются без внутренних скачков.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 121-138 (2020) | Рубрика: 08.08

 

Колесников А.Ф., Щелоков С.Л. «Анализ условий моделирования аэродинамического нагрева в дозвуковых струях высокоэнтальпийного воздуха ВЧ-плазмотрона ВГУ-4» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 91-96 (2021)

Установлены область в координатах "полная энтальпия–давление торможения" и соответственно границы скорости и высоты входа тела с радиусом затупления носка 1 м, для которых возможно выполнение необходимых условий локального моделирования теплопередачи к точке торможения в дозвуковых струях высокоэнтальпийного воздуха при применении цилиндрических моделей с плоским носком диаметра 20–140 мм. Определен участок траектории входа в атмосферу экспериментального европейского аппарата IXV, для которого возможно локальное моделирование конвективного нагрева окрестности носка радиуса 1 м на ВЧ-плазмотроне ВГУ-4.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 91-96 (2021) | Рубрики: 08.08 08.15

 

Быковский Ф.А., Ждан С.А., Ведерников Е.Ф. «Параметры непрерывной детонации смесей метан/водород-воздух при добавлении воздуха в продукты сгорания» Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 83-94 (2020)

Приведены результаты экспериментальных исследований в проточной кольцевой цилиндрической камере наружного диаметра 503 мм. Изучалось влияние добавки воздуха в продукты непрерывной спиновой детонации смесей CH4/mН2 – воздух на параметры детонационных волн, на давление в камере и удельный импульс. Показано, что добавка воздуха в продукты детонации увеличивает скорость непрерывной спиновой детонации, давление в камере и тягу, уменьшает удельный расход горючего. Ключевые слова: добавочная подача воздуха, непрерывная спиновая детонация, непрерывная многофронтовая детонация, метан, водород, воздух, поперечные детонационные волны, кольцевая камера сгорания, структура течения, удельный импульс

Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 83-94 (2020) | Рубрика: 08.08

 

Ждан С.А., Рыбников А.И., Симонов Е.В. «Моделирование непрерывной спиновой детонации водородовоздушной смеси в кольцевой цилиндрической камере сгорания» Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 95-106 (2020)

В рамках квазитрехмерной нестационарной газодинамической постановки сформулирована замкнутая математическая модель непрерывной спиновой детонации с уравнением химической кинетики, согласованным со вторым началом термодинамики, для водородовоздушной смеси, учитывающая обратное влияние пульсационных процессов в камере сгорания на систему подачи смеси. С целью сравнения с экспериментами численное исследование выполнено при соответствующих экспериментам геометрических параметрах кольцевой проточной камеры сгорания внешнего диаметра 306 мм. При варьировании расходов смеси в диапазоне 73.1–171.3 кг/(с·м2) рассчитаны одно-, двух- и трехволновый режимы непрерывной спиновой детонации, проанализирована структура течения, определены удельные импульсы и проведено сравнение с экспериментами. Показано, что применение при моделировании непрерывной спиновой детонации упрощенной одностадийной кинетической схемы окисления водорода, использовавшейся в некоторых работах, приводит к результатам, в несколько раз отличающимся от экспериментальных данных. Ключевые слова: непрерывная спиновая детонация, камера сгорания проточного типа, поперечные детонационные волны, водородовоздушная смесь, математическое моделирование

Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 95-106 (2020) | Рубрика: 08.08

 

Ананьев С.Ю., Гришин Л.И., Долгобородов А.Ю., Янковский Б.Д. «Ударно-волновое инициирование термитной смеси Al+CuO» Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 107-117 (2020)

Проведено исследование ударно-волнового инициирования химической реакции в прессованных таблетках из стехиометрической смеси порошков Al и CuO внутри стальной трубки. Исследована динамика химического превращения в гетерогенном потоке продуктов реакции смеси при диспергировании материала прессованной таблетки в волне разрежения. По пирометрическим измерениям максимальная яркостная температура продуктов химического превращения составила ≈3500 К. Ключевые слова: термитные составы, ударно-волновое инициирование, химическая реакция, детонация

Физика горения и взрыва, 56, № 2, с. 107-117 (2020) | Рубрики: 08.08 08.10

 

Туник Ю.В., Герасимов Г.Я., Левашов В.Ю., Славинская Н.А. «Численное моделирование детонационного горения паров керосина в расширяющемся сопле» Физика горения и взрыва, 56, № 3, с. 105-114 (2020)

Численно исследуется инициирование и стабилизация детонационного горения паров керосина в сверхзвуковом воздушном потоке, поступающем в расширяющееся осесимметричное сопло с коаксиальным центральным телом. В расчетах используется редуцированная кинетическая модель горения, включающая в себя 68 реакций для 44 компонентов. Энтальпия и энтропия компонентов определяются с использованием аппроксимирующих полиномов из базы данных NASA. В основе гидродинамической модели лежат двумерные нестационарные уравнения Эйлера для осесимметричного течения многокомпонентного реагирующего газа. Расчеты выполняются с использованием конечно-разностной схемы Годунова и ее b-модификации повышенной точности на гладких решениях. Определены параметры потока, обеспечивающие стабильное детонационное горение паров керосина в рассматриваемом сопле. Детонационное горение керосина дает более высокую тягу, чем сжигание водорода, но заметно проигрывает по удельной тяге. Расчеты выполнены на суперкомпьютере "Ломоносов" Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Ключевые слова: пары керосина, детонационное горение, кинетическая модель, сверхзвуковое течение, дивергентное сопло, расчетная схема Годунова

Физика горения и взрыва, 56, № 3, с. 105-114 (2020) | Рубрика: 08.08

 

Пинаев А.В., Пинаев П.А. «Волны горения и детонации в смесях газов CH4/Air, CH4/O2, O2 с взвесями каменного угля» Физика горения и взрыва, 56, № 6, с. 55-68 (2020)

На вертикальной ударной трубе исследованы процессы горения, взрыва и детонации в гибридных системах: газовые смеси CH4/Air, CH4/O2, O2 с взвесями частиц каменного угля размером до 200 мкм и среднеобъемной плотностью до 700 г/м3. Проанализированы рентгенограммы исходного угольного порошка и образцов угля, подвергшихся воздействию высокотемпературных волн. Получены данные о структуре и параметрах волн в гибридных смесях и в тех же смесях газов без угольной взвеси. Показано, что в гибридных системах взвесь угля слабее влияет на параметры волн горения и детонации, чем метан, при этом метан в этих волнах химически активнее угольной пыли. Ключевые слова: метан, угольная пыль, шахтные взрывы, горение, детонация, взрывобезопасность

Физика горения и взрыва, 56, № 6, с. 55-68 (2020) | Рубрики: 08.08 08.10

 

Chen K.C., Warne L.K., Jorgenson R.E., Niederhaus J.H. «Прямое инициирование октогена молнией» Физика горения и взрыва, 56, № 6, с. 85-94 (2020)

Детонацию октогена можно инициировать взрывом проволочки. Прямого инициирования электрической дугой в литературе не обнаружено. В настоящей статье показано, что ударная волна от тока наиболее опасной молнии (200 кА и 500 нс фронт нарастания импульса) может вызвать инициирование детонации октогена стандартной плотности при повышенных температурах (т. е. октогена в наиболее чувствительной d-фазе при температуре выше 177°С) и что ударная волна от импульса тока амплитудой 200 кА с фронтом нарастания 100 нс могла бы инициировать детонацию октогена при комнатной температуре. Эти утверждения основаны на двух необходимых условиях детонации. Соответствующая pop-plot диаграмма для детонации октогена стала основой для формулировки эмпирического критерия детонации, применимого для взрывчатых веществ, подверженных воздействию ударных волн переменного давления. В качестве другого критерия использовался минимальный размер пятна детонации, полученный из литературных данных по детонации. PBX-9501 и LX-04 имеют pop-plot диаграммы детонации, похожие на аналогичные графики для октогена, и, таким образом, результаты по октогену применимы напрямую. PBX-9404 и PBX-9407 производятся на основе октогена, тем не менее на pop-plot диаграммах детонации давление для этих ВВ несколько ниже, чем у октогена, и по сравнению с ним они более чувствительны к воздействию ударной волны, инициированной электрической искрой. Теплопроводность октогена низкая, и фазовый переход может протекать медленно, поэтому шанс получить достаточное количество октогена, преобразованного в d-октоген, во время аварии мал и, следовательно, угроза его детонации при ударе молнией минимальна. Рекомендовано проводить для d-октогена испытания с использованием имитации молнии. Следует отметить, что молния может привести к воспламенению октогена и тем самым к детонации посредством перехода горения в детонацию. Ключевые слова: октоген, детонация, горение, молния, ударная волна

Физика горения и взрыва, 56, № 6, с. 85-94 (2020) | Рубрика: 08.08

 

Спирин И.А., Пронин Д.А., Митин Е.С., Симаков В.Г., Брагунец В.А., Цветков А.В., Шестаков Е.Е., Сустаева Ю.М., Шевлягин О.В., Вахмистров С.А. «О механизме детонации взрывчатых смесей тэна с гидрокарбонатом натрия» Физика горения и взрыва, 56, № 6, с. 107-115 (2020)

С помощью радиоинтерферометрического, электронно-оптического (НАНОГЕЙТ-22) методов и метода с применением ПВДФ-датчика давления исследована детонация смесей высокодисперсного тэна с гидрокарбонатом натрия с массовой долей последнего до 90%. Полученные экспериментальные результаты указывают на возможность существования различных режимов детонации в смесях. При массовой доле NaHCO3≤85% распространение детонационной волны в основном обусловлено ударным сжатием. При большем содержании NaHCO3 (90%) агентом распространения преимущественно являются струи продуктов взрыва. Ключевые слова: взрывчатое вещество, детонационная волна, взрывное горение, продукты взрыва, фоторегистрация, пьезоэлектрический датчик давления, радиоинтерферометрический метод

Физика горения и взрыва, 56, № 6, с. 107-115 (2020) | Рубрика: 08.08

 

Ганиев Р.Ф., Гришняев И.Н., Лысенко Г.П., Украинский Л.Е. «Научные основы возбуждения высокоинтенсивных гидроакустических волн с помощью детонации смеси водорода и кислорода» Проблемы машиностроения и надежности машин, № 1, с. 3-14 (2021)

Установлены научные основы генерирования интенсивных гидроакустических волн в жидкости в результате детонации стехиометрической смеси водорода и кислорода. Высказана идея о возможности осуществления указанного процесса с помощью глубоководного электролизера, которая подтверждена экспериментально. Методами математического моделирования исследованы процессы горения и детонации объема стехиометрической смеси водорода и кислорода, окруженного жидкой средой, начальные условия повышения давления и температуры на границе раздела “продукты детонации–жидкая среда” в момент взрыва, обеспечивающие возникновение и распространение гидроакустической волны в жидкой среде. Оценена зависимость пикового давления полученной волны, длительности ее положительной фазы и длительности первого периода волны от объема водорода и кислорода, давления и других параметров. Показана возможность использования установленного эффекта для повышения нефтеотдачи пластов в нефтегазодобыче.

Проблемы машиностроения и надежности машин, № 1, с. 3-14 (2021) | Рубрики: 04.01 08.08

 

Солтани Д., Шафаи М. «Исследование спутной струи при наличии продольных возмущений» Прикладная механика и техническая физика, 62, № 1, с. 70-77 (2021)

Выполнено численное моделирование поведения струи жидкости при наличии вынужденных возмущений и низкоскоростного соосного потока газа. Для исследования взаимодействия жидкости и газа используется метод жидких объемов. При изучении влияния вынужденных возмущений на поведение струи на входе в расчетную область задавалась синусоидальная скорость с конечными частотой и амплитудой. На струю жидкости накладывался кольцевой поток газа, скорость которого меньше скорости струи, и исследовалось его влияние на характер разрушения струи жидкости. Скорость кольцевого потока газа на входе модулировалась синусоидальной скоростью, исследовалось влияние этого потока на характер разрушения струи. Изучено влияние отношения скорости потока газа к скорости струи жидкости на характер разрушения этой струи. Установлено, что низкоскоростной поток газа оказывает существенное влияние на поведение струи, возрастающее с увеличением амплитуды возмущений.

Прикладная механика и техническая физика, 62, № 1, с. 70-77 (2021) | Рубрики: 04.11 08.08