Редколлегия «Нашему журналу 55 лет» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 3 (2021)

DOI: 10.31857/S0568528121060177

Лобковский Л.И., Рамазанов М.М. «Термомеханические волны в системе упругая литосфера–вязкая астеносфера» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 4-18 (2021)

Рассмотрена задача о возникновении термомеханических волн в системе, состоящей из двух горизонтальных слоев с реологиями линейно упругой среды для верхнего слоя (литосфера) и вязкой жидкости для нижнего (астеносфера) с учетом фазового перехода на их общей границе. Найдено точное решение задачи и изучены его свойства в зависимости от параметров. Показано, что при характерных значениях физических параметров литосферы и астеносферы существуют решения в виде умеренно затухающих деформационных тектонических волн, дана геофизическая интерпретация полученных результатов.

Ильичев А.Т., Савин А.С. «Эволюция возмущений свободной поверхности от пульсирующего заглубленного источника в жидкости конечной глубины» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 19-24 (2021)

Рассматривается плоская задача об эволюции возмущений поверхности идеальной несжимаемой жидкости конечной глубины, вызванных заглубленным пульсирующим точечным источником, начинающим свою работу в изначально невозмущенной среде. Описан процесс установления поверхностных волн, распространяющихся симметрично в обе стороны от источника. Жидкость предполагается идеальной и несжимаемой, а ее движение – потенциальным.

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.

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.

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.

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.

Цыпкин Г.Г. «Об устойчивости фронта инжекции воды в высокотемпературные породы» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 66-73 (2021)

Рассматривается задачи инжекции воды в высокотемпературный геотермальный резервуар, насыщенный перегретым паром. Методом нормальных мод исследуется устойчивость фронта фазового перехода, движущегося с постоянной скоростью. Проведено численное исследование полученного дисперсионного уравнения. При различных значениях основных параметров представлены дисперсионные кривые, характеризующие переход к неустойчивости. Показано, что переход от устойчивого режима распространения фронта к неустойчивому происходит при увеличении проницаемости и начальной температуры, а также при уменьшении начального давления.

Калиниченко В.А. «Эксперименты по подавлению интенсивных колебаний жидкости плавающей пластиной» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 74-83 (2021)

Обсуждаются результаты экспериментов по влиянию плавающей тонкой пластины из пенополиэтилена на процесс разрушения и регуляризацию стоячей гравитационной волны Фарадея на свободной поверхности воды в прямоугольном сосуде. Показано, что наличие пластины приводит к регуляризации волн с подавлением механизмов их разрушения. Рассмотрены эффект увеличения толщины пластины на предельную крутизну регулярной изгибно-гравитационной волны и ее диссипативные свойства. Получено критическое значение толщины пластины, отвечающее максимальной крутизне волны. При толщине пластины ниже этого значения колебания гидроупругой системы определяются гравитационными волнами, при больших толщинах – волнами изгибными. Выявлен неэкспоненциальный характер затухания изгибно-гравитационных волн.

Полников В.Г. «Гистограммы, кумулянты и спектры механических и ветровых волн в ветро-волновом канале» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 84-97 (2021)

С целью изучения взаимосвязи статистических характеристик волнения на поверхности воды и закономерностей их изменчивости построены гистограммы, а также рассчитаны кумулянты и спектры для механических и ветровых волн в ветро-волновом канале. Анализируется многообразие гистограмм волн различной природы и их изменчивость c изменением типа и параметров волн, а также с разгоном волн. Отмечается регулярность в отклонении от гауссова распределения амплитуд волн, в числовом виде представленная их кумулянтами. С учетом закономерностей эволюции частотного спектра установившихся волн вдоль канала утверждается, что изменчивость статистик волн однозначно определяется изменчивостью формы их спектра, а не отдельными характеристиками системы (разгон, крутизна или возраст волн). Дается теоретическое обоснование приведенному утверждению.

Липатов И.И., Ляпидевский В.Ю., Чесноков А.А. «Вынужденные колебания псевдоскачка в трансзвуковом течении газа в диффузоре» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 98-108 (2021)

Математическая модель движения баротропного газа, основанная на двухслойном представлении течения с областями сверхзвукового ядра и пристеночного пограничного слоя, применена для описания ударно-волновых структур в каналах и соплах переменного сечения. Нестационарная модель псевдоскачка записывается в виде системы пяти неоднородных законов сохранения. Определены скорости распространения возмущений и сформулированы достаточные условия гиперболичности уравнений движения. Проведено численное моделирование формирования квазистационарных ударных волн и осцилляций фронта псевдоскачка при периодическом вдуве или изменении выходного сечения канала. Модель верифицирована сравнением с известными экспериментальными данными вынужденных колебаний псевдоскачка в трансзвуковом канале.

Суржиков С.Т. «Теплообмен и ионизация при неравновесном обтекании затупленной пластины гиперзвуковым потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 109-124 (2021)

Выполнено расчетное исследование процессов теплообмена и ионизации воздуха у поверхности затупленных пластин с радиусами затупления Rn = 0.2 и 0.66 см, обтекаемых газом в широком диапазоне параметров набегающего потока. Построены поля температур поступательных и колебательных степеней свободы молекулярных компонент, концентраций атомарных и молекулярных компонент, а также электронных концентраций вблизи поверхности. Рассчитанные плотности конвективных тепловых потоков сравниваются с данными, предсказываемыми корреляционными соотношениями Фея–Риддела, Детры–Кэмпа–Риддела и Фенстера. В рассмотренных случаях объемная доля ионизованных компонент не превосходит 1%. Однако выделены режимы слабой и сильной ионизации. Граница между этими двумя режимами определена в работе по величине критической электронной концентрации, определяемой для частот 3.3–35 ГГц радиоволн, использованной с целью измерения электронных концентраций в летном эксперименте RAMC-2.

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.

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.

Absi R. «Аналитическая модель турбулентной вязкости для профилей скорости во внешней части закрытых и открытых течений в канале» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 145-156 (2021)

Основные уравнения, используемые для аналитического описания турбулентности в случае течений в открытых каналах, имеют параболический профиль турбулентной вязкости и экспоненциально убывающую зависимость турбулентной кинетической энергии. Однако, если использовать при определении турбулентной (вихревой) вязкости произведение масштабов скорости и длины и брать для масштаба скорости квадратный корень из турбулентной кинетической энергии, то, как можно показать, параболический профиль турбулентной вязкости несовместим с зависимостью для турбулентной кинетической энергии. Учитывая этот недостаток, рассмотрена такая зависимость для нахождения турбулентной вязкости, которая согласуется с профилем турбулентной кинетической энергии в равновесной области. Эта турбулентная вязкость записана в форме, допускающей калибровку по двум параметрам, зависящим от числа Рейнольдса по динамической скорости Re_γ, которые линейно зависят от Re_γ. Все результаты обоснованы как посредством прямого численного моделирования (ПЧМ), так и с помощью данных экспериментов в одном и том же диапазоне чисел Рейнольдса по динамической скорости, соответственно, 300γ<5200 для течений в закрытых каналах и 923γ<6139 для течений в открытых каналах. Сравнение с данными прямого численного моделирования (ПЧМ) турбулентной вязкости, проведенного для течений в закрытых каналах в случае восьми различных условий в потоке, продемонстрировало хорошее согласие. Средние скорости вдоль по потоку были получены из решения уравнения количества движения. Для течений в закрытых каналах профили средней скорости также показали очень хорошее согласие. Для течений в открытых каналах полученные результаты подтверждают, что использование турбулентной вязкости с параболическим профилем не может улучшить профили скорости, тогда как предлагаемый метод демонстрирует хорошее согласие. Эти результаты показывают возможность использования аналитической модели турбулентной вязкости для точного описания распределения скоростей во внешней области течений, как для закрытых, так и открытых потоков, без использования каких-либо специально подбираемых параметров или функций.