Гапонов С.А., Терехова Н.М. «О взаимодействии стационарных возмущений с волнами Толлмина–Шлихтинга в сверхзвуковом пограничном слое» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 3-10 (2020)

Изучается возможность управления нестационарными возмущениями, бегущими волнами Толлмина–Шлихтинга, стационарными продольными структурами. Исследования проведены для пограничного слоя на плоской пластине при числе Маха набегающего потока M=2. Рассмотрена возможность усиления и подавления роста этих волн полосчатыми стационарными структурами собственной задачи устойчивости сверхзвукового пограничного слоя. Задача решается в локально-параллельном приближении в рамках трехволнового резонансного взаимодействия. Волной накачки выступает стационарное почти полосчатое образование. Показано, что даже в устойчивой области под влиянием продольных структур имеет место нарастание волн Толлмина–Шлихтинга. Установлено, что при определенных условиях влияние стационарных возмущений на эти волны заметно и в неустойчивой области, найдены диапазоны чисел Рейнольдса, в которых стационарные возмущения подавляют бегущие волны.

Устинов М.В. «Статистическое описание перемежаемости в переходной области при низкой степени турбулентности потока» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 11-23 (2020)

Создан статистический метод для описания коэффициента перемежаемости в области ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое при низком уровне внешних возмущений. Он основан на предположении о том, что турбулентность появляется при локальном по пространству и времени отклонении скорости от среднего значения на пороговую величину. Для двух основных сценариев перехода – усиления стационарных вихрей неустойчивости поперечного течения на стреловидном крыле и волн Толлмина–Шлихтинга – получены аналитические формулы для частоты возникновения когерентных структур – турбулентных пятен и клиньев, и коэффициента перемежаемости или средней доли покрываемой ими площади поверхности.

Постников А.В. «Динамика коллапса полусферического кавитационного пузырька в контакте с твердой границей» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 24-34 (2020)

Экспериментально исследована динамика полусферического пузырька на границе раздела твердое тело–жидкость образующегося в электрохимическом процессе. Фотографии с разрешением по времени применяются для измерения положения стенки пузырька как функции времени. С помощью стробоскопической шлирен-фотографии со временем экспозиции 1 микросекунда показано, что развитие неустойчивостей формы пузырька является общей особенностью динамики пузырька при контакте с твердыми границами. Акустические переходные процессы, испускаемые после схлопывания кавитационного пузырька, регистрировались методом отклонения лазерного луча. Длительность переходного процесса составляет 50–60 наносекунд, что позволяет оценить максимальное давление как 2.5 кбар, когда максимальный радиус пузырька равен 1 мм.

Федюшкин А.И. «Влияние конвекции на кристаллизацию фосфата кальция в термостате в земных и космических условиях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 35-46 (2020)

Проведено математическое моделирование массопереноса при выращивании кристаллов октакальция фосфата Ca₈H₂(PO₄)₆ и гидроксиапатита Ca₁₀(OH)₂(PO₄)₆ во время смешивания водных растворов CaCl₂ и KH₂PO₄ + K₂HPO₄ в буферном растворе KCl с учетом стехиометрического соотношения. Исследования проведены для условий невесомости, микрогравитации и нормальной гравитации. Рассмотрено влияние гравитации (конвекции) на характер переноса компонент реакции при кристаллизации фосфата кальция в термостатированных условиях. Показано, что времена переноса компонент реакции меньше при конвективном перемешивании, чем при чисто диффузионном режиме, но скорость и масса образования фосфата кальция зависят не только от времени и интенсивности конвекции, но и от структуры конвективного перемешивания.

Асади А., Джафарян С.М.М., Теймурташ А.Р. «Экспериментальное исследование устойчивых круговых гидравлических прыжков» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 47-58 (2020)

Геометрия преграды, расположенной ниже по потоку от кругового гидравлического прыжка, является одним из основных параметров, определяющих диапазон устойчивости прыжка; однако, до сих пор этот вопрос остается недостаточно исследованным. В настоящей работе рассмотрено влияние геометрии такой преграды, а также таких параметров, как расход жидкости, диаметр струи и высота преграды, на диапазон устойчивости круговых гидравлических прыжков. Полученные результаты показывают, что увеличение диаметра жидкой струи приводит к сужению диапазона устойчивости гидравлических прыжков. Также и увеличение высоты преграды приводит к уменьшению радиуса гидравлического прыжка и диапазона его устойчивости. Диапазон устойчивости кругового прыжка в случае преграды квадратной формы меньше, чем в случае треугольной преграды, но больше, чем для круговой преграды.

Журавская Т.А., Левин В.А. «Управление детонационной волной в канале с препятствиями посредством предварительной подготовки газовой смеси» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 59-68 (2020)

Используя детальный кинетический механизм химического взаимодействия, численно исследовано влияние предварительной подготовки стехиометрической водородно-воздушной смеси (разложения части молекулярных водорода и кислорода на атомарные газы) на характеристики волны детонации с целью управления детонационным горением в плоских каналах с препятствиями. Установлено, что указанная частичная начальная диссоциация может использоваться для предотвращения гашения детонации в каналах как с одиночным препятствием, так и с множественными барьерами. Обнаружено, что получаемая в результате подготовки смесь отличается от начальной водородно-воздушной смеси качественно иным характером реинициирования детонации после взаимодействия с препятствиями.

Миндлин И.М. «Волны на воде: теории и эксперименты» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 69-81 (2020)

Аналитические результаты нелинейной теории волновых пакетов тестируются результатами экспериментов в лабораторном лотке и сопоставляются с аналитическими результатами линейной теории волн малой амплитуды и теории слабонелинейных волн на неограниченной свободной поверхности тяжелой жидкости. Для тестирования используются известные в литературе результаты экспериментов и наблюдений.

Кане А.А., Пеетала Р.К. «Численное исследование нестационарной ламинарной отрывной зоны, обтекаемой гиперзвуковым потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 82-95 (2020)

Взаимодействие ударной волны с пограничным слоем представляет собой задачу первостепенной важности при проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов. Для надлежащего расчета аппарата, особенно его системы теплозащиты, необходимо понимать поведение во времени параметров потока на стенках и соответствующих тепловых и силовых нагрузок. Настоящая работа имеет своей целью уяснить нестационарный характер вызванного ударной волной отрыва ламинарного пограничного слоя для простой классической конфигурации двумерной наклонной панели. Численное исследование проведено на основе уравнений Навье–Стокса для нереагирующего газа с использованием программы rho Central Foam в открытой библиотеке open FOAM. Физика отрыва ламинарного пограничного слоя в гиперзвуковом потоке детально исследована по нестационарным картинам линий тока и зависимостям от времени таких параметров течения на поверхности, как коэффициенты давления, теплового потока и трения. Показано, что в начальный отрезок времени обтекание панели определяется в основном невязкими свойствами газа, а отрывная зона имеет весьма малые размеры. По мере того, как течение начинает определяться вязкими силами, отрывная зона растет в размерах и в конце концов достигает стационарного состояния. Вследствие отрыва пограничного слоя распределения коэффициентов теплового потока и поверхностного трения приобретают формы размытой буквы V и деформированной буквы W соответственно. Пики силовой и тепловой нагрузок находятся в окрестности области присоединения, причем в начальный период они выше, а затем достигают стационарных значений. Указанные высокие нагрузки могут быть причиной повреждений конструкции, в связи с чем необходимо их правильное предсказание. В связи с этим настоящее исследование может быть полезно при проектировании систем теплозащиты гиперзвуковых летательных аппаратов.

Липатов И.И., Нго К.Т. «Решение уравнений Фолкнера–Скэн для гиперзвуковых течений» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 96-104 (2020)

Впервые получены результаты решения уравнения Фолкнера–Скэн для сжимаемых течений в дополнение к тем, которые были найдены Хартри и Стюартсоном. Определены зависимости напряжения трения на стенке и градиента температуры от параметра β при различных значениях температурного фактора.

Абалакин И.В., Бобков В.Г., Козубская Т.К., Вершков В.А., Крицкий Б.С., Миргазов Р.М. «Численное моделирование обтекания жесткого винта в косом потоке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 105-116 (2020)

Работа посвящена численному моделированию течения около вращающегося жесткого несущего винта вертолета на режиме косого обтекания на основе осредненных уравнений Навье–Стокса в неинерциальной системе координат. Расчеты проводились с помощью исследовательского программного комплекса NOISEtte, особенностью которого является использование схем с реберно-ориентированной реконструкцией переменных на неструктурированных гибридных сетках, а также коммерческого пакета программ ANSYS CFX. Численно полученные аэродинамические характеристики несущего винта сравниваются с данными физического эксперимента.

Абрамова К.А., Петров А.В., Потапчик А.В., Судаков В.Г. «Экспериментальные исследования управления трансзвуковым бафтингом на профиле крыла с помощью тангенциального выдува струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 117-125 (2020)

Представлены результаты экспериментальных исследований подавления отрыва потока, вызванного скачком уплотнения, и устранения аэродинамического бафтинга на трансзвуковых режимах с помощью тангенциального выдува струи на верхнюю поверхность сверхкритического профиля крыла. Экспериментальные исследования течения были проведены в аэродинамической трубе Т-112 ЦАГИ. Проведены сравнение и анализ результатов, полученных для базовой конфигурации и конфигураций с выдувом. Результаты исследования показали, что тангенциальный выдув струй подавляет отрыв потока, вызванный скачком уплотнения, увеличивает подъемную силу и отодвигает начало возникновения бафтинга.

Калашник М.В., Курганский М.В. «Гидродинамическая неустойчивость вертикальных движений, возбуждаемых пространственно периодическими распределениями источников тепла» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 126-136 (2020)

Исследована гидродинамическая неустойчивость системы вертикальных движений, инициируемых пространственно периодическими распределениями источников тепла. Для описания динамики возмущений использован метод Галеркина с тремя базисными тригонометрическими функциями. Сформулирована нелинейная система уравнений для нахождения коэффициентов разложения. Установлено, что в отсутствие диссипации вертикальные движения неустойчивы, если число Ричардсона меньше одной восьмой. Развита слабо нелинейная модель невязкой неустойчивости. Показано, что потеря устойчивости в присутствии диссипации может приводить к формированию либо стационарного, либо осциллирующего во времени вторичного течения с нетривиальной топологией линий тока.

Лу С.Г., Йи С.Х., Хе Л., Ганг Д.Д., Ню Х.Б. «Экспериментальное исследование нестационарных характеристик взаимодействия ударной волны с турбулентным пограничным слоем» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 137-150 (2020)

Взаимодействие ударной волны с турбулентным пограничным слоем исследовано экспериментально в аэродинамической трубе с низким уровнем шума при числе Маха 3.4. Угол генератора ударной волны составлял τ=15° и число Рейнольдса на единицу длины равнялось 6.30·10⁶ m^–1. Температура стенок и распределение давления на них во время процесса возмущения турбулентного пограничного слоя ударной волной были получены на основе метода температурно-чувствительного окрашивания и системы определения параметров воздуха, установленной заподлицо на стенке трубы, при этом основное поле течения в области взаимодействия было секционировано. Одновременно используя средства рассеяния плоскополяризованного лазерного излучения наномаркерами, в области взаимодействия были зарегистрированы мгновенные тонкие структуры и на их основе проанализирована пространственно-временная эволюция структуры течения. Изображения, полученные методами визуализации течения, показали, что место колебаний индуцированной ударной удовлетворяет нормальному распределению. При сравнении изображений, полученных при визуализации течения, и данных измерений температуры была обнаружена корреляция между структурой течения в области взаимодействия и изменением температуры стенки. В то же время колебания давления на стенке в центральной части области взаимодействия ударной волны и турбулентного пограничного слоя были измерены высокочастотным датчиком пульсационного давления. Результаты измерений плотности энергетического спектра показали, что при воздействии ударной волны, приходящей из генератора ударных волн, на интервале колебаний индуцированной ударной волны имеются две характеристических частоты сигнала, равные 12 и 30 кГц. Для сигнала с частотой 12 кГц величина частоты и амплитуда возрастали от зоны турбулентного пограничного слоя к области местного отрыва потока, и энергия колебаний индуцированной ударной волны увеличивалась. В каждой точке измерений амплитуда пика сигнала постепенно уменьшалась от области местного отрыва потока к зоне его вторичного присоединения, тогда как энергия сигнала постепенно ослабевала. Для высокочастотного сигнала на частоте 30 кГц изменение частоты каждого канала было относительно небольшим, сравнительно устойчивым, и энергия сигнала фокусировалась.