Арефьев К.Ю., Ильченко М.А. «Определение акустических характеристик проточного тракта переменного сечения лабораторной установки» Известия высших учебных заведений. Машиностроение, № 9, с. 74-81 (2018)

При изучении влияния нестационарных и периодических процессов на горение топливных смесей важно определить и предварительно спрогнозировать интенсивность пульсаций давления и скорости вблизи зоны протекания химических реакций. При выборе диапазонов частоты и амплитуды вынужденного воздействия в экспериментальном исследовании следует учитывать акустические характеристики проточного тракта лабораторной установки. В ряде случаев для предварительного прогнозирования акустических характеристик проточного тракта переменного сечения необходимо провести специальное математическое моделирование. Рассмотрены вопросы математического моделирования спектральной характеристики собственных колебаний газа в лабораторной установке для исследования диффузионного и кинетического горения топливных смесей. Разработанная и реализованная в специализированном модуле математическая модель позволяет определять влияние геометрических и режимных характеристик на резонансные частоты. Выполнено сопоставление расчетных и экспериментальных данных. Предложенная математическая модель и результаты вычислений могут быть полезны при выборе конфигурации экспериментальной установки и прогнозировании резонансных режимов с возбуждением интенсивных пульсаций скорости газа в зоне горения.

Белошицкий А.В., Гайдаенко В.И., Дядькин А.А., Бабаков А.В. «Моделирование пространственного течения в осесимметричном сопле с асимметричным критическим и выходным сечениями» Математическое моделирование, 30, № 11, с. 13-26 (2018)

На основе консервативного численного метода на базе суперкомпьютера кластерной архитектуры проведено численное моделирование потока вязкого теплопроводного газа внутри диффузорной части пространственного осесимметричного сопла с частичным перекрытием критического сечения и кососрезанным выходным сечением. Расчеты проведены в широком диапазоне изменения параметров, влияющих на характер и структуру потока. Проведены исследования влияния величины площади критического сечения и давления в конфузорной части на параметры потока в диффузорной части сопла, положение отрыва потока, а также на продольные и поперечные силы, действующие на внутреннюю часть сопла. Приводятся распределения параметров течения внутри сопла. Расчеты выполнены на основе параллельных алгоритмов, реализованных на многопроцессорном вычислительном комплексе кластерной архитектуры.

Асфандияров Д.Г. «Искусственные граничные условия при ILES-моделировании течения в плоском канале по схеме КАБАРЕ» Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 20, № 1, с. 12-20 (2019)

Представлены результаты ILES-моделирования классической задачи течения вязкой несжимаемой жидкости в плоском канале по схеме Кабаре. Рассматривается возможность модификации расчета течения возле стенки для более точного определения средних характеристик. Предложено введение "искусственных" граничных условий путем использования в первом слое ячеек вблизи стенки специальной модели вихревой вязкости для корректного учета сдвиговых эффектов. Приводится сравнение результатов расчета течения в плоском канале по схеме КАБАРЕ с предложенными искусственными граничными условиями и без в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Показано, что введенные модификации в пристеночном слое позволяют повысить точность определения средних характеристик течения, в особенности вторых моментов. Полученные данные также сравниваются с результатами LES-моделирования с использованием псевдоспектрального метода и с данными прямого численного моделирования.

Шамардина Т.В. «Осесимметричные течения с прямой звуковой линией» Труды Московского физико-технического института (государственного университета) (МФТИ), 10, № 4, с. 137-141 (2018)

Изучены всевозможные осесимметричные течения идеального (невязкого и нетеплопроводного) газа с прямой звуковой линией в осесимметричных соплах с круглыми и кольцевыми поперечными сечениями, а также разгон и торможение потоков при подходе к прямой звуковой линии или отходе от нее. Построены звуковые линии тока, в том числе начинающиеся в точке прямой звуковой линии на оси симметрии.

Лущик В.Г., Макарова М.С., Решмин А.И. «Ламинаризация потока при течении с теплообменом в плоском канале с конфузором» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 68-77 (2019)

Путем численного моделирования исследован процесс ламинаризации турбулентного течения с теплоподводом в плоском конфузоре с постоянным углом сужения. Показано влияние отрицательного продольного градиента давления на характеристики течения и теплообмена. Проведено сравнение результатов расчета с экспериментальными данными по теплообмену. Определена величина параметра ускорения, при котором в канале происходит полная ламинаризация течения.

Аюпов Р.Ш., Бендерский Л.А., Любимов Д.А. «Анализ с помощью RANS/ILES-метода особенностей течения и акустических характеристик нерасчетной сверхзвуковой струи при большом перепаде давления» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 115-123 (2019)

С помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения рассчитано истечение холодной нерасчетной сверхзвуковой струи с перепадом давления 21.8, степень нерасчетности для рассматриваемого сопла при данном перепаде составляет 0.6. Струю отличает длинный сверхзвуковой участок с большим количеством “бочек”. Проведена валидация расчетов по экспериментальным данным. Пульсационные, акустические характеристики течения данной струи сопоставлены с характеристиками других сверхзвуковых струй. По известным эмпирическим зависимостям для сверхзвуковых струй оценены геометрические размеры бочек и акустические свойства струи.

Чжанг Д., Гоарзаде А. «Влияние внезапного расширения на двухфазное течение в горизонтальной трубе» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 124-137 (2019)

Представлены результаты экспериментального исследования двухфазного течения жидкости и газа через внезапное расширение горизонтальной трубы. Спроектирован и изготовлен замкнутый гидравлический испытательный стенд с прозрачной секцией, предназначенный для исследования динамики снарядного (пробочного) режима потока при скачкообразном увеличении площади сечения. Характеристики горизонтальной водяной струи для одно- и двухфазного потока исследованы с использованием высокоскоростной фотографии. Скорость пузырей, измеренная в расширенной области трубы, сильно зависит от расходов как жидкости, так и газа. Явление внезапного схлопывания пузырей описано с помощью анализа фотографий и оценена толщина пленки жидкости. Построена карта режимов течения для расширения сечения трубы и приведены соответствующие картины течения. Представленные измерения обеспечивают возможность глубокого прорыва в понимании сути влияния внезапного расширения сечения трубы на поведение двухфазного газожидкостного потока.

Абси Р. «Турбулентная вязкость и профили скорости в развитых турбулентных течениях в каналах» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 138-150 (2019)

Представлены выражения для турбулентной (вихревой) вязкости на основе аналитических решений для турбулентной кинетической энергии в случае течений в каналах с развитой турбулентностью, полученных ранее автором. Средние продольные скорости найдены при решении уравнения количества движения с предложенными аналитическими выражениями для турбулентной вязкости. Правильность полученных результатов проверяется сопоставлением с данными прямого численного моделирования течений в каналах с развитой турбулентностью в диапазоне 300τ<2000, где Re_τ – число Рейнольдса, определенное по скорости трения u_τ, кинематической вязкости v и полуширине канала δ . Предлагаемый метод позволяет дать точное описание профилей средней продольной скорости и турбулентного сдвигового напряжения вне логарифмического подслоя, в вязком и буферном слоях и внешней области. Настоящее исследование имеет цель обеспечить простые аналитические инструменты для изучения приложений турбулентных течений в каналах.

Жук В.И. «Асимптотическая теория устойчивости одного класса внутренних течений» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 3-13 (2019)

Строится теория возмущений для комбинации течений Куэтта и Пуазейля. Излагается асимптотический анализ четырех типов нейтральных (или близких к нейтральным) собственных линейных колебаний.

Пивоваров Д.Е. «Об ориентации конвективных валов в наклонном прямоугольном канале» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 31-37 (2019)

Представлен анализ линейной устойчивости конвективного течения в канале прямоугольного сечения, расположенном под углом к горизонту. Рассмотрено поведение монотонных трехмерных возмущений при различном значении ширины канала и свойствах жидкости. Аналитически получено основное течение. Определены два угла наклона, при которых происходит смена ориентации конвективных валов. Установлена сильная зависимость меньшего угла наклона от ширины канала и слабая его зависимость от характеристик среды и слабая зависимость большего угла наклона от ширины канала.

Агеев А.И., Осипцов А.Н. «Стоксово течение в микроканале с супергидрофобными стенками» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 59-71 (2019)

Проведено численное моделирование медленного течения вязкой жидкости в плоском микроканале, обе стенки которого являются текстурированными супергидрофобными поверхностями. Полосчатая текстура супергидрофобных поверхностей образована периодически расположенными бесконечными прямоугольными микрокавернами, ориентированными перпендикулярно течению и полностью либо частично заполненными газом. Рассмотрены случаи как симметричного, так и несимметричного расположения микрокаверн на нижней и верхней стенках канала. Для решения уравнений Стокса в области, соответствующей одному периоду течения, использован метод граничных интегральных уравнений. Построены картины течения и проведено параметрическое численное исследование влияния газовых пузырьков, удерживаемых супергидрофобными стенками, на интенсивность эффективного проскальзывания жидкости и снижение трения (перепада давления) в микроканале.

Никитин Н.В., Попеленская Н.В. «Характеристики неустойчивости, развивающейся в турбулентном течении в плоском канале» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 72-93 (2019)

Проведено численное исследование эволюции возмущений в развитых турбулентных течениях в плоском канале при числах Рейнольдса до Re_τ=586. Рассчитанные на основе решения несжимаемых уравнений Навье–Стокса установившиеся турбулентные течения используются затем в качестве основных течений для изучения процесса развития возмущений. Найдены значения старшего показателя Ляпунова (СПЛ) λ₁, определены мгновенные и статистические свойства соответствующего старшего ляпуновского вектора (СЛВ). При произвольных начальных условиях выход возмущений на режим экспоненциального роста ∼exp(λ₁t) происходит за время Δt⁺<50. Обнаружено, что значение СПЛ увеличивается с ростом числа Рейнольдса от λ ₁⁺∼0.021 при Re_τ=180 до λ ₁⁺∼0.026 при Re_τ=586. СЛВ проявляется в виде локализованных во времени и пространстве пятен повышенной интенсивности пульсаций, концентрирующихся в области буферного слоя. Распределения среднеквадратичных интенсивностей пульсаций скорости и завихренности в СЛВ качественно близки к соответствующим распределениям в основном течении с искусственно удаленными из него пристенными полосами. Отличием является бoльшая концентрация возмущений в окрестности буферного слоя y⁺=10–30 и относительно бoльшая (примерно на 80%) амплитуда пульсаций завихренности. Основываясь на энергетических спектрах пульсаций скорости и завихренности, определены интегральные пространственные масштабы структур в поле СЛВ. Обнаружено, что структуры СЛВ в среднем вдвое уже и вдвое короче соответствующих структур основного течения. Определен вклад каждого из слагаемых, входящих в выражение для производства кинетической энергии возмущений. Показано, что процесс развития возмущений существенным образом диктуется неоднородностью основного течения, а также присутствием в нем трансверсального движения. Пренебрежение этими факторами ведет к значительной недооценке скорости роста возмущений. Наличие пристенных полос в основном течении наоборот не играет заметной роли в развитии возмущений СЛВ. Искусственное удаление полос из поля основного течения не меняет характера роста возмущений.

Шмидт А.В. «Автомодельные решения – модели дальнего турбулентного следа» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 94-98 (2019)

Рассмотрена полуэмпирическая модель турбулентности k–ω в приближении дальнего следа. Искомыми величинами в данной модели являются дефект продольной осредненной компоненты скорости, турбулентная кинетическая энергия, удельная скорость диссипации энергии. Выполнен теоретико-групповой анализ модели, получена редуцированная автомодельная система обыкновенных дифференциальных уравнений, которая решена численно. Показано, что результаты расчетов согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

Горбушин А.Р., Заметаев В.Б., Липатов И.И. «Cтационарное вторичное течение в плоской турбулентной свободной струе» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 99-111 (2019)

Асимптотическими методами изучена турбулентная плоская струя вязкой несжимаемой жидкости, истекающая через узкую щель в заполненное жидкостью пространство. Рассматриваются полные уравнения Навье–Стокса. Характерное число Рейнольдса потока считается большим, а толщина струи малой. Для анализа задачи применен метод многих масштабов, позволивший найти и исследовать стационарное вторичное течение внутри турбулентной струи. Получены аналитически вторичные стационарные решения для поперечной и продольной составляющих скорости и давления. Показано, что самоиндуцированный отток жидкости из ядра струи на периферию является основным вторичным течением, обеспечивающим подачу кинетической энергии из зоны максимальной скорости в зону генерации турбулентности. Полученные решения удовлетворительно согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

Воробьев М.А., Кашинский О.Н., Рандин В.В. «Опускное пузырьковое течение в трубе при докритических числах Рейнольдса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 119-125 (2019)

Представлены результаты экспериментального исследования опускного пузырькового потока в вертикальной трубе внутренним диаметром 20 мм. В качестве рабочей жидкости использовался водно-глицериновый раствор. Эксперименты проводились для значений чисел Рейнольдса от 1000 до 1500. Измерения локальных характеристик течения (локальное газосодержание, скорость жидкости, пульсации скорости) выполнялись с использованием электродиффузионного метода. Эксперименты показали сильное влияние газовой фазы на структуру течения, выраженное в увеличении напряжения трения на стенке и выполаживании профиля скорости в центральной части трубы. Значительное отклонение от однофазного потока происходит даже при малых расходных газосодержаниях.

Галиакбарова Э.В., Хакимова З.Р. «Акустическое сканирование трубчатых каналов с узкими трещинами» Вестник Башкирского университета, 22, № 3, с. 590-596 (2017)

Исследуется динамика возмущений давления распространяющихся в трубе с поврежденным участком в виде трещин. Труба рассматривается как волновод, в которой распространяются одномерные волны давления, а диссипация из-за вязкого трения и теплопроводности учитываются в тонком слое жидкости или газа вблизи стенки. Участок трубы с повреждением рассматривается как отражающая поверхность. Получены коэффициенты отражения и прохождения периодического возмущения давления через участок с трещиной. По дисперсионным соотношениям анализируется динамика возмущений давления отраженного и прошедшего через трещину в зависимости от геометрических характеристик трещины и трубы, а также от свойств флюида в трубе.