Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.15 Колебания тел и структур в потоке, аэроупругость

 

Могилевский Е.И. «Стекание пленки неньютоновской жидкости по наклонной плоскости с периодическим рельефом» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 25-37 (2021)

Рассматривается течение тонкого слоя нелинейно-вязкой жидкости по наклонной плоскости под действием силы тяжести. Предполагается, что капиллярные силы существенны, реология описывается степенным законом. Изучается влияние малого периодического рельефа, нанесенного на плоскость, на характеристики стационарного течения и его устойчивость в линейном приближении; расчеты проводятся для синусоидального рельефа. Показано, что независимо от реологии пленка на плоскости имеет большую среднюю толщину, чем на гладкой при том же расходе, изменение средней толщины пропорционально второй степени амплитуды рельефа. Изменения коэффициентов усиления нормальных мод и критического числа Рейнольдса также пропорциональны второй степени амплитуды рельефа. Длинноволновой рельеф увеличивает критическое число Рейнольдса, причем для дилатантных жидкостей этот эффект достигается при меньших значениях периода, чем для псевдопластических.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 25-37 (2021) | Рубрики: 06.11 08.15

 

Бут И.И., Гайфуллин А.М., Жвик В.В. «Дальнее поле трехмерной пристенной ламинарной струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 51-61 (2021)

Рассматривается затопленная стационарная ламинарная струя вязкой несжимаемой жидкости, вытекающая из трубы и распространяющаяся вдоль твердой плоскости. Получено численное решение уравнений Навье–Стокса в трехмерной стационарной постановке. Подтверждена гипотеза, что поле течения на большом расстоянии от выходного сечения трубы описывается автомодельным решением параболизованных уравнений Навье–Стокса. Получены асимптотические разложения автомодельного решения при больших и малых значениях координаты в поперечном сечении струи. С помощью численного решения определен показатель автомодельности. Найдена явная зависимость автомодельного решения от числа Рейнольдса и условий в источнике струи.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 51-61 (2021) | Рубрики: 04.01 08.15

 

Колесников А.Ф., Лукомский И.В., Сахаров В.И., Чаплыгин А.В. «Экспериментальное и численное моделирование теплообмена поверхности графита в недорасширенных струях диссоциированного азота» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 136-144 (2021)

На индукционном ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 (ИПМех РАН) проведены эксперименты по теплообмену в недорасширенных сверхзвуковых струях высокоэнтальпийного азота с графитовым образцом при давлении в барокамере 8.5 гПа, расходе газа через разрядный канал 3.6 г/с, мощности ВЧ-генератора 64 кВт. Использовались водоохлаждаемые конические сопла с диаметрами выходных сечений 30, 40 и 50 мм. Для условий экспериментов в сверхзвуковых режимах численным методом в рамках уравнений Навье–Стокса и упрощенных уравнений Максвелла выполнено моделирование течений плазмы азота в разрядном канале плазмотрона и обтекания недорасширенными струями диссоциированного азота цилиндрической державки с графитовым образцом. Из сопоставления экспериментальных и расчетных данных по тепловым потокам к поверхности образца определен эффективный коэффициент гетерогенной рекомбинации атомов азота на поверхности графита при температурах 2273–2500 K.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 136-144 (2021) | Рубрики: 06.18 08.15

 

Королев Г.Л., Сычёв Вик.В. «О пограничном слое при обтекании полутела Рэнкина» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 62-65 (2021)

Получено численное решение задачи для уравнения пограничного слоя Прандтля для плоского стационарного течения несжимаемой жидкости при заданном градиенте давления. Этот градиент определяется известным решением Рэнкина, которое описывает обтекание полутела. Контур последнего получается путем наложения однородного потока на течение от точечного источника. Установлено, что в решении задачи для уравнения пограничного слоя точки нулевого поверхностного трения не возникает – рассмотренное течение является безотрывным.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 62-65 (2021) | Рубрики: 04.01 08.15

 

Агеев А.И., Осипцов А.Н. «Пульсирующее течение вязкой жидкости над каверной, содержащей сжимаемый газовый пузырек» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 38-50 (2021)

Исследуется задача о двумерном пульсирующем течении вязкой жидкости в плоском канале над прямоугольной микрокаверной, частично или полностью заполненной сжимаемым газом. Такая постановка может моделировать механизм снижения трения при течении вязкой жидкости в ламинарном подслое турбулентного потока над текстурированной полосчатой супергидрофобной поверхностью, содержащей периодически расположенные прямоугольные микрокаверны, заполненные газом. Предполагается, что размер каверн гораздо меньше толщины канала. На макромасштабе решается задача об одномерном нестационарном течении вязкой жидкости в плоском канале с условиями прилипания на стенках при гармоническом изменении перепада давления. Полученное таким образом решение используется для формулировки нестационарных по времени и периодических по пространству граничных условий для течения на масштабе выбранной каверны (микромасштабе), при этом мгновенный объем газового пузырька в каверне зависит от мгновенного значения давления над пузырьком. Течение на микромасштабе над каверной с газовым пузырьком предполагается стоксовым. Численное решение строится с использованием оригинального варианта метода граничных интегральных уравнений. Проведено параметрическое численное исследование поля течения в пульсирующем сдвиговом течении над каверной со сжимаемым газовым пузырьком. Изучены осредненные характеристики эффективного “проскальзывания” жидкости над каверной и снижения трения в пульсирующем течении над полосчатой супергидрофобной стенкой.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 38-50 (2021) | Рубрики: 08.11 08.15

 

Наумов И.В., Окулова Н.В., Шарифуллин Б.Р., Ломакина В.А., Окулов В.Л. «Экспериментальное исследование влияния нано- и микрошероховатостей на интенсивность закрученного потока» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 497, № 1, с. 65-68 (2021)

Исследуется влияние наношероховатостей на структуру замкнутого вихревого потока, генерируемого в неподвижном вертикальном цилиндрическом контейнере верхним вращающимся диском с нанесением различных шероховатостей на его поверхность. Установлено, что при увеличении числа Рейнольдса наличие шероховатостей на вращающемся диске приводит к увеличению протяженности вдоль оси вихревой ячейки с циркуляционным движением, приводя к интенсификации перемешивания и массопереноса. Впервые показано, что для случая взаимодействия Венцеля жидкости с поверхностью (без “воздушной” прослойки между жидкостью и поверхностью) для наношероховатостей, моделирующих супергидрофобную поверхность листа лотоса, наблюдается 5–11% увеличение размера вихревой ячейки. Полученные результаты представляют интерес для дальнейшего развития вихревых аппаратов и реакторов, обеспечивающих сложное вихревое движение ингредиентов, оптимизации работы действующих установок и для проектирования новых устройств.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 497, № 1, с. 65-68 (2021) | Рубрика: 08.15

 

Kovenya V.M., Tarraf D. «The splitting algorithm in finite volume method for numericai solving of Navier–Stokes equations of viscous incompressible fluids» Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 14, № 4, с. 519-527 (2021)

Для численного решения уравнений Навье–Стокса, записанных в интегральной форме, предложен неявный конечно-объемный алгоритм, являющийся обобщением предложенных ранее разносных схем. Использование интегральной формы уравнений позволило обеспечить его консервативность, а технологии расщепления – экономичность алгоритма. Проведена численная апробация алгоритма на точном решении, в задачах о течении жидкости в каверне с движущейся крышкой и течении с подогревом стенок канала, подтвердившая достаточную точность алгоритма и его эффективность. Работа представлена в выпуск памяти профессора Ю.Я. Белова.

Журнал Сибирского Федерального университета. Математика и физика, 14, № 4, с. 519-527 (2021) | Рубрика: 08.15

 

Рябинин А.Н., Шмигирилов Р.В. «Конкуренция режимов колебаний плохо обтекаемого тела в воздушном потоке» Журнал технической физики, 91, № 5, с. 758-763 (2021)

На основе известных математических моделей, описывающих колебания в потоке газа плохо обтекаемого тела с одной степенью свободы, предложена модель колебаний тела с двумя степенями свободы. Составлены уравнения поперечных поступательных колебаний и вращательных колебаний упруго закрепленного тела вокруг оси, перпендикулярной вектору скорости набегающего потока. Методом Крылова–Боголюбова в первом приближении уравнения сводятся к уравнениям для медленно меняющихся амплитуд и частот колебаний. Оказалось, что дифференциальные уравнения, выписанные для квадратов безразмерных амплитуд поступательных и вращательных колебаний, совпадают с известными уравнениями Лотки–Вольтерры, описывающими конкуренцию между двумя видами животных, питающихся одинаковой пищей. Коэффициенты уравнений зависят от скорости набегающего потока. Модель верифицирована на примере колебаний макета сегмента моста в аэродинамической трубе. Ключевые слова: поступательные и вращательные колебания, воздушный поток, плохо обтекаемое тело.

Журнал технической физики, 91, № 5, с. 758-763 (2021) | Рубрика: 08.15

 

Колесник Е.В., Смирнов Е.М. «Сверхзвуковое ламинарное обтекание затупленного ребра: двойственность численного решения» Журнал технической физики, 91, № 5, с. 764-771 (2021)

Представлены результаты численного решения задачи сверхзвукового обтекания затупленного ребра, установленного на пластине, вдоль которой развивается пограничный слой. Постановка задачи основана на расчетно-экспериментальной работе Tutty с соавторами (2013), в которой рассмотрен ламинарный режим обтекания при числе Маха внешнего потока равного 6.7. Рассмотрено течение в диапазоне чисел Рейнольдса от 5.0·103 до 2.0·104. Установлено, что в некотором интервале значений числа Рейнольдса существуют два устойчивых решения задачи, которые отвечают метастабильным состояниям потока с различной конфигурацией вихревой структуры. Построены бифуркационные диаграммы, показывающие положение центра основного подковообразного вихря и длину отрывной области в зависимости от числа Рейнольдса, и оценено критическое значение числа Рейнольдса, при превышении которого возникает второе решение. Ключевые слова: высокоскоростные течения, вязко-невязкое взаимодействие, подковообразные вихри, численное моделирование, двойственность решения.

Журнал технической физики, 91, № 5, с. 764-771 (2021) | Рубрика: 08.15

 

Гувернюк С.В., Максимов Ф.А. «Гистерезис при сверхзвуковом обтекании плоской решетки цилиндрических стержней» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 125-135 (2021)

Представлены результаты численного моделирования взаимодействий сверхзвукового потока с проницаемым экраном в виде бесконечной плоской решетки круговых цилиндров. Рассматривается режим взаимодействия, при котором скачки уплотнения перед цилиндрами локализованы в масштабе шага решетки. Применена многоблочная вычислительная технология, при которой вязкие пограничные слои разрешаются на локальных сетках с использованием уравнений Навье–Стокса, а эффекты интерференции ударно-волновых структур в сверхзвуковом следе описываются в рамках уравнений Эйлера. Воздействие ударных волн от соседних элементов решетки на область ближнего следа за промежуточными элементами может неоднозначно влиять на аэродинамические характеристики решетки, а также порождать нестационарные явления в следе. На примере решетки, имеющей проницаемость 80%, дана классификация режимов течения при непрерывном увеличении и уменьшении скорости набегающего сверхзвукового потока воздуха в диапазоне чисел Маха от 2.4 до 4.2. Обсуждаются причины гистерезисного поведения аэродинамического сопротивления решетки по числу Маха и механизмы возникновения нестационарных автоколебательных режимов течения в следе.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 125-135 (2021) | Рубрики: 05.04 08.15