Блохин А.М., Семенко Р.Е. «Вихревое движение несжимаемой полимерной жидкости в цилиндрической приосевой зоне» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 3-15 (2018)

Обсуждается нестационарная математическая модель, описывающая вихревое движение несжимаемой полимерной жидкости. В стационарном случае найдены некоторые частные решения. Приведен вывод варианта этой модели для случая стационарного давления вдоль оси цилиндра как для фиксированной, так и для свободной границы.

Козлов В.Г., Сабиров Р.Р., Субботин С.В. «Осредненные течения в осциллирующей сфероидальной полости с эластичной стенкой» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 16-26 (2018)

Экспериментально изучается течение, возникающее в сфероидальной полости с периодически деформируемой эластичной стенкой. Обнаружено, что в жидкости возникают осредненные потоки, интенсивность и структура которых зависят от частоты и амплитуды колебаний стенки. Осредненное течение генерируется в пограничном слое Стокса, относительная толщина которого характеризуется безразмерной частотой вибрационного воздействия. В области низких безразмерных частот, когда толщина пограничного слоя сравнима с характерным размером полости, наблюдается течение в виде пары тороидальных вихрей, занимающих весь объем полости. Повышение безразмерной частоты (уменьшение относительной толщины слоев Стокса) приводит к смещению первичных вихрей к границе полости. При этом в центральной части полости над первичными формируются вторичные вихри противоположной закрутки. Дальнейшее повышение безразмерной частоты приводит к развитию вторичных вихрей и росту интенсивности течения в них. В области высоких безразмерных частот крупномасштабные вторичные вихри занимают практически весь объем полости. По результатам исследований найдены зависимости режимов осредненных течений и их интенсивности от управляющих безразмерных параметров, амплитуды и частоты колебаний.

Шульц Р., Дитль П. «Местная скорость диссипации энергии в перемешиваемом резервуаре. Сравнение методов расчета» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 27-39 (2018)

Существуют две основных группы методов расчета местной скорости диссипации энер¬гии турбулентности ε, а именно (1) методы, основанные на градиенте скорости, и (2) аппроксимации функции спектра энергии. Оба эти метода применены для расчета величины ε по данным, полученным в измерениях, после их соответствующей калибровки. Эксперименты выполнены в области под импеллером, где предполагалось наличие локальной изотропной турбулентности, что является основным допущением во всех методах расчета ε. Полученные результаты отличаются друг от друга. Сравнение результатов, полученных рассмотренными в работе методами, выполнено в рамках экспериментальной программы, в ходе которой получены данные в относительно больших резервуарах, внутренним диаметром 0.3 и 0.4 м, для двух значений вязкости жидкости в условиях полностью развитой турбулентности (Re>50000).

Теймурян А., Хачисевки Х., Яздья С.Г. «Срыв вихрей с плоской пластины. Обзор» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 40-49 (2018)

Плоские пластины, как одиночные так и расположенные тандемом или бок о бок, широко используются во многих технических приложениях. Несмотря на обширные исследования структур течения и следов за подобными тупыми телами, данное нестационарное явление по-прежнему представляет собой важную проблему во многих промышленных приложениях. В данной работе приведен обзор состояния вопроса по обтеканию пластин различной конфигурации с упором на случай пластины, нормальной к набегающему потоку. Турбулентное течение в следе рассмотрено для пластин, расположенных тандемом и бок о бок. Приведен обзор численных исследований, причем особое внимание уделено реализованным моделям турбулентности. Отмечается влияние выбранной модели турбулентности на характеристики рассчитанного течения в следе.

Акиньшин Р.В., Копьев В.Ф., Чернышев С.А., Юдин М.А. «Стационарное вихревое кольцо с изохронным течением в вихревом ядре» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 50-61 (2018)

Исследуются стационарные решения в задаче о тонком вихревом кольце в невязкой несжимаемой жидкости в безграничном пространстве. Для построения стационарных решений используется процедура Френкеля, в которой проводится преобразование заданного распределения завихренности в плоском течении с круговыми линиями тока к стационарному вихревому кольцу в виде разложения по параметру тонкости кольца. Так, двумерный вихрь с постоянной завихренностью преобразуется в вихревое кольцо с однородным распределением, в котором модуль завихренности пропорционален расстоянию от оси симметрии. Для этой задачи найдены следующие, не полученные ранее, члены разложения. Главной целью работы является построение алгоритма нахождения течения для изохронного вихревого кольца, в котором периоды обращения для всех жидких частиц в вихревом ядре одинаковы. Проблема состоит в том, что двумерное распределение, переходящее в соответствии с процедурой Френкеля в изохронное кольцо, заранее неизвестно. В частности, кольцо с однородным распределением не является изохронным, несмотря на изохронность исходного двумерного течения. В связи с этим процедура Френкеля существенно модифицирована так, что исходное 2-мерное распределение завихренности определяется на каждом шаге итерационной процедуры. Для построения изохронного решения существенно используется полученное в работе решение для вихревого кольца с однородным распределением, к которому на каждом шагу вычисляются необходимые поправки. Получение изохронного течения является ключевым шагом для исследования устойчивости 3-мерных колебаний вихревого кольца, поскольку спектр колебаний этого течения имеет дискретный характер.

Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. «Дипольное электромагнитное излучение заряженной капли, осциллирующей в однородном электростатическом поле» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 62-76 (2018)

В аналитических расчётах с сохранением членов второго порядка малости по отношению амплитуды осцилляций капли к её радиусу изучена интенсивность электромагнитного излучения заряженной осциллирующей в однородном электростатическом поле капли. Обнаружено, что индуцированный заряд при осцилляциях поверхности капли генерирует дипольное излучение, обнаруживаемое в расчётах первого порядка малости, а собственный заряд – с учетом членов лишь второго порядка малости. Показано, что интегральная интенсивность излучения из облака определяется по порядку величины излучением мелких капель. Из двух источников излучения (от мелких капель, осциллирующих на низких модах, и гидрометеоров, осциллирующих на высоких модах) основную роль играет первый.

Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В. «Акустические волны в жидкости с твердыми частицами и пузырьками газа» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 77-83 (2018)

Представлена математическая модель, определяющая распространение акустических волн в смеси жидкости с пузырьками газа и твердыми частицами. Записана система дифференциальных уравнений, получено дисперсионное соотношение. Найдены и проиллюстрированы низкочастотные и высокочастотные асимптотики фазовой скорости в рассматриваемой смеси. Указано влияние твердых частиц и пузырьков газа на дисперсию и диссипацию акустических волн. Для смеси жидкости с твердыми частицами представлено сравнение скорости звука с известными экспериментальными данными.

Гаврилов А.А., Шебелев А.В. «Одножидкостная модель смеси для ламинарных течений высококонцентрированных суспензий» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 84-98 (2018)

Построена модель ламинарных течений высококонцентрированных суспензий. Модель включает уравнение движения для смеси и уравнение для переноса концентрации частиц с учетом межфазного скольжения. Суспензия рассматривается как ньютоновская жидкость c эффективной вязкостью, зависящей от локальной концентрации частиц. Давление континуума частиц, вызванное межчастичным взаимодействием, и гидродинамическая сила сопротивления с учетом стесненности описываются эмпирическими соотношениями. Граничное условие частичного скольжения для скорости смеси на стенке моделирует формирование слоя скольжения вблизи стенки. Модель тестируется на данных эксперимента для вращательного течения Куэтта и течения в плоском канале с нейтрально плавучими частицами и на задаче об установившемся течении с тяжелыми частицами в горизонтальной трубе. На основе сравнения с экспериментальными данными показано хорошее предсказание зависимости перепада давления от скорости смеси и удовлетворительное согласование по зависимости переносимой концентрации частиц от скорости течения.

Костерин А.В., Скворцов Э.В. «Фильтрационная консолидация при плоской деформации упругого полупространства» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 99-104 (2018)

Исследован процесс фильтрационной консолидации упругого насыщенного полупространства в условиях плоской деформации под действием произвольной нормальной нагрузки на его поверхность при предположениях о несжимаемости жидкости и зерен скелета. Предложена новая математическая модель консолидации с использованием уравнения совместности. На ее основе найдены аналитические зависимости для суммы эффективных нормальных напряжений и давления жидкости. Полные нормальные напряжения выражены явно через эти зависимости.

Андреев В.К., Магденко Е.П. «Возникновение конвекции в цилиндрическом контейнере со свободной границей» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 105-112 (2018)

Изучена задача о малых возмущениях равновесного состояния вязкой теплопроводной жидкости в цилиндрическом контейнере с верхней свободной деформируемой границей, на которой задан теплообмен с окружающей средой. Для математического моделирования конвекции используются уравнения Обербека–Буссинеска. При решении возникающей спектральной задачи был применен τ-метод. В результате для конкретной жидкости получена зависимость мнимой части комплексного декремента от числа Марангони. В случае монотонных возмущений построены нейтральные кривые в зависимости от геометрического параметра – отношения высоты цилиндра к его радиусу. Также получена зависимость числа Марангони от физических параметров жидкости.

Липатов И.И., Тугазаков Р.Я. «Нелинейная неустойчивость в области перехода от ламинарного к турбулентному движению газа при сверхзвуковом пространственном обтекании пластины» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 113-119 (2018)

Прямым численным моделированием сверхзвукового потока газа получен переход от ламинарного обтекания пластины к турбулентному. Показано, что образующиеся в пограничном слое волны Толлмина–Шлихтинга приводят из-за нелинейной неустойчивости к образованию в потоке наклонных возмущений, представляющих собой объединение волн сжатия и разрежения, интенсивности которых могут на два порядка превосходить интенсивность внешних гармонических возмущений. Представлены картины течения пространственного обтекания пластины, описаны структуры турбулентного пограничного слоя для потоков газа, обтекающих пластину с М=2 и 4.

Большиянов И.П., Захаров Н.Н., Пьянков К.С., Тилляева Н.И. «Оптимальные осесимметричные головные части обтекаемых тел: расчеты и эксперимент» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 120-127 (2018)

Обсуждаются особенности прямых методов оптимального профилирования осесимметричных головных частей при сверхзвуковом обтекании. Оптимальная по волновому сопротивлению форма головной части тела вращения при сверхзвуковом обтекании содержит передний торец и примыкающий к нему с изломом пологий участок заданного удлинения (отношения длины к радиусу основания), также с изломом стыкующийся с основной, базовой частью тела. Указанный пологий участок в зависимости от длины может иметь и дополнительные внутренние изломы. Наличие изломов в профилируемой конфигурации часто является нежелательным из-за прочностных, тепловых или других ограничений. Поэтому при решении задач оптимального профилирования прямыми методами, как правило, используется аналитическая аппроксимация искомого контура, что приводит к увеличению сопротивления оптимизируемой конфигурации. Исследуется степень увеличения сопротивления головной части тела вращения при локальном сглаживании изломов оптимальной конфигурации, а также при глобальном изменении её формы с использованием аналитической аппроксимации. Показано, что рост сопротивления головной части тела вращения из-за ее неэффективной аппроксимации может многократно превысить выигрыш от оптимизации. Результаты расчетов подтверждаются сравнением с полученными экспериментальными данными.

Никитченко Ю.А. «О целесообразности учета коэффициента объемной вязкости в задачах газовой динамики» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 128-138 (2018)

Рассмотрены модели течений в первом (навье–стоксовом) приближении. На примере задачи о профиле плоской ударной волны исследовано влияние коэффициента объемной вязкости на получаемые решения. Показано, что в течениях с низкой динамической неравновесностью, для которых модели первого приближения теоретически обоснованы, учет коэффициента объемной вязкости позволяет улучшить решение. В условиях высокой динамической неравновесности предпочтительно использовать двухтемпературные модели течения.

Колесников А.Ф. «Эффективнный подход к описанию переноса тепла и многокомпонентной диффузии в ионизованных газах» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 139-148 (2018)

Для многокомпонентной двухтемпературной плазмы выведены формулы для тепловых потоков тяжелых компонентов и электронов, а также соотношения Стефана–Максвелла для диффузионных потоков в магнитном поле с учетом высших приближений в ортогональных разложениях функций распределения компонентов по полиномам Сонина. Получены точные формулы для комплексных коэффициентов переноса тяжелых компонентов и электронов в существенно более простой форме, чем в стандартной процедуре метода Чепмена–Энскога, с минимальным числом обращений матриц минимального порядка.

Суржиков С.Т. «Пространственная задача радиационной газовой динамики командного модуля Аполлон-4 при сверхорбитальном входе в атмосферу» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 149-160 (2018)

Численно решена пространственная задача радиационной газовой динамики сверхорбитального входа в плотные слои атмосферы Земли командного модуля Аполлон-4 под углом атаки 25°. Подробно рассмотрены условия обтекания при скорости V_∞=10.5 км/с на высоте H=67.3 км. Получены распределения плотностей конвективных и радиационных тепловых потоков вдоль обтекаемой поверхности. Изучен спектральный состав теплового излучения, достигающего поверхности. Выполнено успешное сопоставление результатов расчетов с данными двухмерных расчетов.