Сянцзюнь Шань, Фанцзинь Сунь «Эволюция чередуюшейся структуры течения в просвете между тандемом цилиндров и ближнем следе за ними» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 3-15 (2021)

Эволюция структуры течения в просвете между двумя расположенными тандемом цилиндрами и в ближнем следе за ними, происходящая в режиме чередования, исследована при помощи разрывного метода Галеркина высокого порядка. Нестационарные поля течения, завихренности и давления, а также нестационарные окружные распределения давления и распределения продольной скорости вдоль центральной линии следа изучены при числе Рейнольдса 200 и безразмерном расстоянии между цилиндрами, равном 2.3. Результаты исследования показывают, что течение в просвете между цилиндрами происходит в чередующемся режиме, образуя при взаимодействии с квазистатическими вихрями либо одностороннее, либо двустороннее присоединение оторвавшегося сдвигового слоя. Кроме того, под влиянием течения в просвете за задним цилиндром образуется ближний вихревой след, который существенным образом влияет на длину циркуляционной зоны. В заключение обсуждается физический механизм присоединения сдвигового слоя и образования течения в просвете в рассмотренном чередующемся режиме.

Алимов М.М. «Обобщение решения Жуковского для пузыря в канале» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 16-29 (2021)

Для задачи обтекания двумерного пузыря потенциальным потоком капиллярной жидкости в прямолинейном канале построено новое точное решение, которое является обобщением известного частного решения Н.Е. Жуковского. Показано, что в одном из предельных случаев бесконечно малого пузыря это решение совпадает с точным решением Мак-Леода для пузыря в безграничном потоке.

Селезнев Р.К. «Исследование структуры течения в модельном воздухозаборнике ГПВРД с поперечной подачей водородного топлива в сверхзвуковой поток» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 30-38 (2021)

Исследуется течение с горением внутри канала модельного воздухозаборника ГПВРД с поперечной подачей водородного топлива с нижней стенки. Получены поля концентрации OH и давления, которые качественно повторяют структуру течения, наблюдаемую в эксперименте. Выделено несколько различных механизмов образования ударных волн в исследуемой экспериментальной установке. Получено удовлетворительное количественное согласие с результатами расчетов других авторов при анализе структуры топливной струи. Показано, что ударно-волновая структура существенно влияет на интенсификацию горения.

Анкудинов Н.О., Слепышев А.А. «Вертикальный перенос импульса внутренними волнами в двумерном потоке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 39-47 (2021)

В приближении Буссинеска рассматриваются свободные внутренние волны при учете вращения Земли на двумерном вертикально-неоднородном стратифицированном течении. Уравнение для амплитуды вертикальной скорости фиксированной моды внутренних волн имеет комплексные коэффициенты, поэтому собственная функция и частота волны – комплексные. Мнимая часть частоты мала и может быть как отрицательной, так и положительной. Поэтому возможно как слабое затухание, так и слабое усиление волны в зависимости от волнового числа и номера моды. Вертикальные волновые потоки импульса отличны от нуля и могут превосходить соответствующие турбулентные потоки.

Григорьев А.И., Ширяева С.О. «Электростатическая неустойчивость высоких азимутальных мод заряженной струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 48-55 (2021)

Впервые исследованы высокие азимутальные моды заряженной струи несжимаемой идеальной электропроводной жидкости, движущейся относительно окружающей диэлектрической среды. Показано, что имеются пороги по величине поверхностной плотности электрического заряда, при превышении которых реализуется электростатическая неустойчивость поверхности родительской струи, проявляющаяся в выбрасывании на два порядка более тонких дочерних струек, распадающихся на капельки. Высота этих порогов увеличивается с увеличением номера моды и уменьшением скорости движения относительно среды. Сходное явление фиксируется и по отношению к скорости относительного движения струи и среды, в этом случае неустойчивость называется аэродинамической, но реализуется при весьма больших скоростях.

Юй-Чжэ Чжан, Хэ-Юн Сюй, Юй-Вэй Чу, Юэ Сюй «Двумерное численное исследование пульсирующей спутной струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 56-66 (2021)

Численно исследованы обтекание профиля при наличии спутной струи и влияние параметров пульсаций на величину подъемной силы и затраты энергии. Предварительно вводится усовершенствованная форма канала струи на обычном профиле со спутной струей. Благодаря введенной модификации, увеличен на 3° запас по срыву, а также подъемная сила, тогда как сопротивление профиля значительно снижено. Далее рассмотрено и детально проанализировано влияние таких параметров, как форма импульса, в том числе прямоугольная и синусоидальная, коэффициент заполнения и частота импульсов, на подъемную силу и затраты энергии. Сделан вывод, что, по сравнению со случаем стационарной спутной струи, использование пульсирующей спутной струи позволяет добиться преимуществ в подавлении отрыва и существенного увеличения подъемной силы при ограниченных энергозатратах. Так, при угле атаки 20° в случае стационарной спутной струи имеет место мощный отрыв, тогда как при пульсирующей струе с прямоугольной формой импульса течение на верхней поверхности профиля остается полностью присоединенным. Подъемная сила в случае прямоугольного импульса больше, чем в случае импульса синусоидальной формы. Полученные результаты также показывают, что уменьшение коэффициента заполнения и частоты импульсов может привести к увеличению подъемной силы, но при больших энергозатратах.

Цзянь Чжан, Наймин Ци, Цзихай Цзян «Влияние вязкости гидравлической жидкости на кавитационную люминесценцию» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 67-79 (2021)

Схлопывание кавитационных пузырьков в гидравлической системе приводит к возникновению локальных зон повышенных температуры и давления и – при определенных условиях – к люминесценции. В настоящей работе изучается влияние вязкости гидравлической жидкости на кавитационную люминесценцию. В гидравлическом коническом дроссельном клапане в качестве противоизносной жидкости используется гидравлическое масло с вязкостью 32 и 46 мм²/с при 40°С. Численное моделирование течения в коническом дроссельном клапане выполнено при различных значениях вязкости. Создание визуальной экспериментальной установки для изучения гидравлической кавитации позволило наблюдать кавитационную люминесценцию в клапане при трех различных параметрах гидравлического масла. По завершении эксперимента показатель вязкости масла возрастает, а температура затвердевания и температура вспышки уменьшаются. Таким образом, в результате люминесценции улучшаются характеристики зависимости между температурой и вязкостью и текучесть среды при низких температурах, но понижается безопасность системы.

Чживэй Ян, Юэцзинь Чжу «Численное исследование взаимодействия слабой плоской ударной волны с эллиптическим пузырьком легкого газа» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 80-89 (2021)

Приведены результаты численного исследования взаимодействия слабой плоской ударной волны с эллиптическим пузырьком легкого газа, полученные при помощи разностной схемы высокого разрешения. Исследовано влияние на процесс свойств конкретного легкого газа, наполняющего пузырек (гелия и неона). Обнаружено, что благодаря своей меньшей плотности пузырек гелия сжимается легче, чем неоновый пузырек, и может быть расщеплен на две части – верхнюю и нижнюю – вторгающейся внутрь струйкой воздуха, чего не происходит в случае пузырька неона. Площадь пузырька гелия убывает на стадиях сжатия при прохождении падающей и отраженной ударных волн и возрастает на стадиях разрежения за прошедшими ударными волнами. В то же время площадь пузырька неона убывает на всех четырех стадиях процесса, что связано, в основном, с тем, что средняя интенсивность завихренности возрастает с уменьшением плотности газа. Исследованы также факторы, влияющие на эволюцию завихренности, и обнаружено, что в уравнении, описывающем эволюцию завихренности, слагаемое, ответственное за сжатие газа, оказывает более сильное влияние на эту эволюцию, чем два других слагаемых. Это справедливо для пузырьков и гелия, и неона; однако, в стадии расширения после прохождения падающей ударной волны влияние вязкости в случае неонового пузырька оказывается сильнее, чем бароклинный эффект.

Ахмади-Балутаки М., Алиабади А.А. «Моделирование устойчивого атмосферного пограничного слоя методом очень крупных вихрей с использованием минимизационного генератора входной турбулентности и модели приповерхностного течения» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 100-120 (2021)

Несмотря на значительные достижения в численном моделировании устойчивых пограничных слоев, большинство разработанных моделей сложны и требуют больших вычислительных ресурсов. Предлагаемая в настоящей работе вычислительная стратегия сочетает метод очень крупных вихрей (very large eddy simulation, VLES) с использованием минимизационного генератора турбулентности течения на входе и моделированием приповерхностного течения, имея целью приемлемое по затратам практическое моделирование атмосферного пограничного слоя. В отличие от стандартной процедуры метода крупных вихрей (LES), требующей, чтобы ширина фильтра была порядка характерного шага сетки, ширина фильтра во VLES может иметь промежуточное значение между шагом сетки и характерным линейным масштабом течения. Эта стратегия, наряду с применением специальной модели приповерхностного течения, позволяет существенно уменьшить вычислительные расходы. Помимо того, минимизационный подход к генерированию турбулентности на входе позволяет максимально сократить требуемое количество входных параметров модели, делая ее таким образом доступной для практических приложений. Выполнен анализ чувствительности модели к таким параметрам, как разрешение сетки, ширина фильтра и параметры генератора входной турбулентности, характеризующие пространственные и временные масштабы вихрей, генерируемых на входе. Проведена оценка адекватности модели путем сравнения с результатами измерений в аэродинамической трубе средней скорости, средней температуры и профилей турбулентности для четырех различных уровней стабильности теплового режима, от слабого до сильного. Спектральный анализ компонент скорости, температуры, импульса и тепловых потоков показал, что предложенная модель способна разрешать каскады энергии в диапазоне волновых чисел протяженностью в два порядка и находятся в примерном соответствии с известными наклонами инерционного диапазона.

Сирвах М.А., Алхараши С.А. «Динамическое моделирование нагретого колеблющегося слоя неньютоновской жидкости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 121-138 (2021)

Численное обращение преобразования Лапласа эффективно использовано для исследования нестационарного течения тонкой нагретой пленки вязкоупругой жидкости, текущей по бесконечно длинной плоской подложке. В некоторых предельных случаях получены точные аналитические решения. Модель, описывающая рассматриваемую задачу, представляет собой систему уравнений, связывающую линеаризованное уравнение Навье–Стокса для вязкоупругой жидкости с учетом силы тяжести как внешней силы с температурным соотношением для распределения энергии. В предположении, что жидкости несжимаемые, впервые получена новая система уравнений, включающих в себя дополнительные члены, связанные с нерастворимыми поверхностно-активными веществами, и учитывающие вязкоупругий характер течения. Получены распределения скорости и температуры и детально обсуждается влияние константы взаимодействия, параметров вязкоупругости и межфазных поверхностно-активных веществ на жидкую пленку. Достоверность полученных решений проверяется численными расчетами, которые демонстрируют влияние различных параметров, характеризующих задачу, и изображают процесс эволюции течения жидкости в зависимости от времени.

Лобковский Л.И., Рамазанов М.М. «Исследование конвекции в верхней мантии, термомеханически связанной с зоной субдукции, и ее геодинамические приложения для Арктики и Северо-Восточной Азии» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 139-150 (2021)

Построено аналитическое решение задачи термической конвекции в верхней мантии, сопряженной с зоной субдукции. При постановке задачи используются результаты по сейсмотомографическому просвечиванию мантии. Путем аналитических методов удается проинтегрировать соответствующую нелинейную задачу математической физики и свести ее к системе нелинейных алгебраических уравнений, которая существенно проще. Основная цель работы заключалась в том, чтобы математически обосновать новую региональную геодинамическую модель эволюции литосферы Арктики и Северо-Восточной Азии. В частности, требовалось проверить возможность существования сильно вытянутой по горизонтали одноячеистой структуры течений в верхней мантии.