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.

Салехпур А., Садатлу М.А.А., Соджуди А. «Нестационарная естественная конвекция в дифференциально нагретой прямоугольной полости с синусоидальными гофрированными стенками, заполненной степенной неньютоновской жидкостью» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 14-30 (2019)

Выполнено подробное численное исследование двумерного нестационарного конвективного теплообмена в дифференциально нагретом прямоугольном сосуде с синусоидальными гофрированными боковыми стенками, находящимися при постоянных температурах. Четырехсторонний объем заполнен степенной неньютоновской жидкостью, а его правая и левая стенки равномерно охлаждены и нагреты соответственно. Верхняя и нижняя стенки поддерживаются адиабатическими, а боковым стенкам придана синусоидальная гофрированная форма. Уравнения, описывающие задачу, решаются методом конечных объемов. Течение жидкости и теплообмен рассчитаны в диапазонах изменения показателя в степенном законе n от 0.6 до 1.4, числа Рэлея Ra от 10³ до 10⁷, амплитуды волнистости CA от 0.1 до 0.5 и частоты волнистости CF синусоидальных боковых стенок от 1 до 5. Полученные результаты исследованы при различных значениях Ra, n, CA и CF и представлены в виде линий тока, изотерм и средних чисел Нуссельта ~-Nu горячей боковой стенки. Представлены характеристики теплообмена и изучены эффекты мгновенного дифференциального нагрева с последующим нестационарным поведением жидкости в рассмотренном диапазоне определяющих параметров.

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.

Секундов А.Н., Якубовский К.Я. «Анализ гипотез Колмогорова в сжимаемом турбулентном потоке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 38-47 (2019)

Численными методами исследуются структурные функции в однородной изотропной турбулентности. Рассматривается как одномерная, так и трехмерная турбулентность. Анализируются методы построения сжимаемой турбулентности.

Букатов А.А. «Нелинейные колебания плавающей продольно сжатой упругой пластинки при взаимодействии волновых гармоник конечной амплитуды» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 48-58 (2019)

Методом многих масштабов получены уравнения для трех нелинейных приближений изгибно-гравитационных колебаний продольно сжатой упругой пластинки, учитывающие нелинейность ускорения ее вертикальных смещений. Неограниченная в горизонтальных направлениях ледовая пластинка плавает на поверхности однородной идеальной жидкости. На основе полученных уравнений построены асимптотические разложения до величин третьего порядка малости для возвышения поверхности пластинка–жидкость и потенциала скорости движения жидких частиц при нелинейном взаимодействии двух гармоник прогрессивных поверхностных периодических волн. Выполнен анализ зависимости амплитудно-фазовых характеристик формируемого возвышения поверхности от глубины бассейна, параметров ледовой пластинки и взаимодействующих гармоник, нелинейности ускорения вертикальных смещений льда.

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.

Ермолаев Ю.Г., Косинов А.Д., Кочарин В.Л., Семенов Н.В., Яцких А.А. «Об экспериментальном исследовании воздействия слабых ударных волн на пограничный слой плоской притупленной пластины при числе Маха 2.5» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 112-118 (2019)

Проведены экспериментальные исследования генерации пары слабых ударных волн двумерной неровностью, установленной на боковой стенке рабочей части аэродинамической трубы, и их воздействия на сверхзвуковой пограничный слой притупленной плоской пластины при числе Маха 2.5. Измерения выполнены термоанемометром постоянного сопротивления. В пограничном слое пластины измерены профили среднего массового расхода и среднеквадратичных пульсаций в области продольных вихрей, порождаемые парной слабой ударной волной при взаимодействии с течением в окрестности передней кромки модели. Обнаружены высокоинтенсивные пульсации, вызываемые воздействием слабой ударной волны.

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.

Губайдуллин Д.А., Федоров Ю.В. «Акустические волны в жидкости с пузырьками газа, покрытыми вязкоупругой оболочкой» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 126-133 (2019)

Исследовано распространение акустических волн в смеси жидкости с пузырьками газа, покрытыми вязкоупругой оболочкой. Приведена система дифференциальных уравнений возмущенного движения смеси, найдено дисперсионное соотношение. Получены низкочастотные асимптотики фазовой скорости и коэффициента затухания. Установлена и проиллюстрирована зависимость равновесной скорости звука от частоты возмущений и размера покрытых пузырьков. Дано сравнение теории с известными экспериментальными данными.

Лунев В.В. «О модификации осредненных уравнений Навье–Стокса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 134-144 (2019)

Путем осреднения “по Рейнольдсу” уравнений Навье–Стокса, в рамках общепринятой модели осредненных (по спектру) пульсаций, в явной форме получена новая форма уравнений Навье–Стокса, содержащих новые члены, обусловленные пульсациями плотности, и придана физическая обоснованность некоторым ранее “интуитивным” членам этих уравнений. Для вывода уравнений k–ω-модели применен “метод моментов”, и из общего уравнения импульсов выведено новое уравнение для пульсаций вихря ω, которое ранее выписывалось на “интуитивно-аналоговом” уровне.

Долбин И.В., Козлов Г.В. «Структурный вариант уравнения Освальда–Вейля: фрактальная трактовка» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 145-149 (2019)

Предложена структурная трактовка уравнения Освальда–Вейля с привлечением представлений фрактального анализа для описания реологических свойств систем каучук/дисперсный наполнитель. Показано, что величина вязкости и тип течения системы определяются структурой частиц (агрегатов частиц) наполнителя, характеризуемой их фрактальной размерностью. В свою очередь, указанную размерность определяет механизм формирования агрегатов. Предложенная модель позволяет прогнозировать вязкость систем каучук/дисперсный наполнитель при разных содержаниях наполнителя и скоростях сдвига.