Ильиных А.Ю., Чашечкин Ю.Д. «Тонкая структура картины растекания свободно падающей капли в покоящейся жидкости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 3-8 (2021)

Методами высокоразрешающей фото- и видеорегистрации впервые визуализирована тонкая структура картины течения при слиянии с водой в бассейне капли диаметром см, падающей со скоростью м/с. Исследовано растекание капли воды, водного раствора чернил, медного и железного купоросов. Для всех пар веществ в режиме образования всплеска, в дополнение к каверне, венцу, пелене с зубчатым внешним краем, наблюдались капиллярные волны, излучаемые кольцевой областью слияния жидкостей, а также тонкие струйки на дне каверны и стенках венца. Струйки пронизывают пелену и выступают в форме шипов с вершин зубцов. Последовательности мелких капелек вылетают с вершин шипов, положение которых меняется во времени. Ускорению жидкостей способствует конверсия доступной потенциальной энергии при уничтожении свободных поверхностей сливающихся жидкостей.

Солнышкина О.А., Батыршин Э.С., Питюк Ю.А. «Исследование гидродинамических потоков в микромоделях сред с двойной пористостью» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 9-18 (2021)

Предложены подходы для экспериментального и численного изучения особенностей течения жидкости в средах с двойной пористостью, основанные на использовании микромоделей пористых сред и технологий микрогидродинамики. Для экспериментального изучения течения жидкости в модельных средах использованы методы оптической микроскопии и трассерной визуализации потоков. Численный подход основан на трехмерном методе граничных элементов, ускоренном быстрым методом мультиполей на гетерогенных вычислительных архитектурах. Изучено влияние структурных параметров микромоделей на распределение потока между областями с различной пористостью. Рассмотрено изменение продольной и поперечной компонент скорости в малых и больших поровых каналах при варьировании их геометрических параметров и объемного расхода.

Zic E., Cerneka P., Bilus I. «Гидродинамический анализ обтекания симметричного гидрокрыла» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 19-32 (2021)

Цель данной работы состоит в гидродинамическом анализе течения жидкости вокруг симметричного трехмерного гидропрофиля на основе физической лабораторной модели HM133 и демонстрации формирования пограничного слоя и точек отрыва на рассматриваемом теле. Анализ выполнен таким образом, чтобы геометрическое тело внутри измерительной секции физической модели HM133 могло вращаться вокруг своей вертикальной оси из-за потока жидкости (вода), что приводит к различному потенциальному виду перед и за наблюдаемым телом. Исследования проведены в рамках Гидротехнического лабораторного практикума на Факультете строительства гражданских сооружений в Университете Риеки. Исследования лежат в поле реальной гидродинамики, включающей описание ламинарного и турбулентного течений на плоской поверхности, формирование пограничного слоя и возникновения точки отрыва на наблюдаемом теле. В этом исследовании детально анализируются как сам пограничный слой, так и его свойства. Гидродинамический анализ, основанный на тестовых подмоделях гидрокрыла для физической модели HM133, был проверен на достоверность и подтвержден с помощью вычислительной гидродинамики. Проведенный анализ опирается на развитие коммерческих численных моделей в рамках компьютерного пакета программ ANSYS Fluent 2020R1.

Никулин В.В. «Массообмен между атмосферой турбулентного вихревого кольца и окружающей средой» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 33-40 (2021)

Методом теневой визуализации исследован массообмен между атмосферой турбулентного вихревого кольца и окружающей жидкостью на начальной стадии движения. Для этого создаются вихревые кольца, жидкость в которых имеет другую плотность, чем в окружающей среде. Эксперименты выполнены при различных значениях разностей плотностей, скоростях и размерах вихря. Определяются характерные временной и пространственный масштабы массообмена. Делается вывод, что основным механизмом массообмена является турбулентная диффузия. Используя характерное время обмена, дается оценка коэффициента турбулентной диффузии в атмосфере вихревого кольца.

Бычков О.П., Фараносов Г.А. «О связи пульсаций скорости и давления на оси и в ближнем поле турбулентной струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 41-51 (2021)

Исследуется взаимная связь пульсаций давления и скорости в ближнем поле турбулентной дозвуковой струи и на ее оси. В работе проанализированы данные измерений пульсаций скорости на оси струи и пульсаций давления в ближнем поле вне струи. Показано, что спектральные характеристики пульсаций скорости на оси могут быть пересчитаны в спектры осесимметричной моды пульсаций давления вне струи. Для пересчета используются собственные функции пульсаций давления, полученные при решении задачи устойчивости цилиндрического слоя смешения конечной толщины в локально-параллельном приближении.

Голубятников А.Н., Украинский Д.В. «О динамике сферического пузырька в неньютоновских жидкостях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 52-62 (2021)

В рамках гидродинамической теории несжимаемых степенных неньютоновских жидкостей рассматривается ряд задач динамики сферической газовой полости с однородно распределенным давлением внутри или, в частности, без него. Отдельное внимание уделяется исследованию поведения решений в зависимости от показателя степени неньютоновской модели и определению их экстремальных свойств. Решены задачи о вычислении необходимого внешнего давления, приводящего к сохранению в процессе сжатия кинетической энергии жидкости или величины скорости диссипации. Построены решения в частном случае ньютоновской модели, представляющие собой точную реализацию линейно-резонансного поведения радиуса полости в рамках нелинейной постановки задачи, и, наоборот, с использованием численных методов дано уточнение закона динамики полости при заданном гармоническом внешнем давлении с линейно-резонансной частотой. Аналитически и численно устанавливается закон зависимости концентрации кинетической энергии жидкости от показателя степени неньютоновской модели и обобщенного числа Рейнольдса при кусочно-постоянном внешнем давлении в случае вакуумной полости. Показано, что для части степеней концентрация энергии вообще отсутствует. Для остальных показателей степени вычислены критические значения обобщенного числа Рейнольдса, при котором концентрация энергии также исчезает. Проведена минимизация величины полной диссипации энергии в случае полости, заполненной газом.

Стурова И.В. «Движение нагрузки по ледяному покрову с неравномерным сжатием» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 63-72 (2021)

Рассмотрена линейная гидроупругая задача о движении прямоугольной области внешнего давления по безграничному ледяному покрову, плавающему на поверхности жидкости. Ледовый покров моделируется тонкой упругой пластиной с учетом продольных, поперечных и сдвиговых сжимающих усилий. Внешняя нагрузка описывает движение судна на воздушной подушке. Построено решение нестационарной задачи о мгновенном старте нагрузки и последующем прямолинейном движении с постоянной скоростью. Исследовано установившееся волновое движение, возникающее при больших значениях времени. Определены вертикальные прогибы и деформации ледяного покрова, а также волновые силы, действующие на судно.

Никитин Н.В., Попеленская Н.В., Stroh A. «Вторичные течения Прандтля 2-го рода. Проблемы описания, предсказания, моделирования» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 73-99 (2021)

Наличие турбулентных пульсаций в прямых трубах некруглого поперечного сечения приводит к тому, что в осредненном поле скорости появляется не только продольная компонента, но и поперечные компоненты, образующие вторичное течение. Обнаруженное в 20-е годы прошлого столетия (И. Никурадзе, Л. Прандтль), это гидродинамическое явление остается объектом активных исследований вплоть до наших дней. Интенсивность турбулентных вторичных течений невысока, и не превышает, как правило, 2–3% от характерной скорости потока. Тем не менее их вклад в процессы поперечного переноса импульса и тепла сопоставим со вкладом турбулентных пульсаций. В работе дается обзор экспериментальных, теоретических и численных исследований вторичных течений в прямых трубах и каналах. Особое внимание уделяется вопросу выявления физических механизмов формирования вторичных течений, построения моделей априорной оценки их формы. Затрагиваются вопросы специфики развития вторичных течений в открытых каналах и каналах с неоднородно шероховатыми стенками. Обсуждаются подходы полуэмпирического моделирования турбулентных потоков при наличии вторичных течений.

Белоглазкин А.Н., Шкадов В.Я. «Нелинейные волны в пленочных течениях вязких жидкостей при произвольных числах Капицы» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 100-113 (2021)

Обсуждаются методы и результаты математического моделирования нелинейных волн, возбуждаемых гидродинамической неустойчивостью, в движущихся капиллярных пленках вязкой жидкости. Рассмотрены две модельные системы дифференциальных уравнений для локальных значений толщины слоя h и расхода жидкости q. Широкое распространение в мировой литературе по гидродинамике пленок имеет однопараметрическая (h–q) модель Капицы-Шкадова, обеспечивающая эффективное моделирование пленочных течений жидкостей малой вязкости. Двухпараметрическая (h–q)₁модель расширяет возможности для прямого расчета нелинейных волн в пленках жидкостей повышенной вязкости. Дается последовательность систем модельных уравнений, обсуждаются сценарии неустойчивости и бифуркаций, приводятся результаты расчетов волновых структур и сопоставления их с экспериментальными данными.

Брагин М.Д., Брыкина И.Г. «О моделировании энерговыделения фрагментированного метеороида в атмосфере» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 114-124 (2021)

Рассматривается проблема моделирования абляции и энерговыделения космических тел, входящих в атмосферу Земли с большими скоростями и разрушающихся на множество фрагментов. На первом этапе фрагменты движутся с общей ударной волной, прежде чем разойтись на расстояние, достаточное для образования индивидуальных ударных волн. Исследуются модели облака фрагментов, моделирующие разрушение метеороида на этом этапе: двухпараметрическая модель, учитывающая изменения формы и плотности облака, и простые модели, не учитывающие эти эффекты. Проведено сопоставление моделей применительно к возможности воспроизведения с их помощью энерговыделения Челябинского болида. Показано влияние коэффициента теплопередачи на результаты расчета энерговыделения и бокового расширения облака при использовании разных моделей фрагментации и на применимость самих моделей. Найдена оптимальная простая модель, дающая наилучшее согласование с наблюдательной кривой энерговыделения Челябинского болида в зависимости от значения коэффициента теплопередачи.

Чжанг Ф., Йи С.Х., Ню Х.Б., Лу С.Г., Ванг С.С. «Экспериментальное исследование и численное моделирование фронта перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на стреловидном крыле при М=6» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 125-137 (2021)

Для предсказания перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на стреловидном крыле проведены экспериментальные и численные исследования для получения данных о точном положении фронта перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный и оценки эффективности предсказания ламинарно-турбулентного перехода при использовании двух моделей. Была проведена визуализация течения и выполнены измерения температуры на стреловидном крыле с углом стреловидности 65° при числе Маха M=6 при использовании в экспериментах системы рассеяния на наночастицах лазерным ножом и метода термочувствительных красок. Кроме того, в численном исследовании для предсказания перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный были использованы k_τ–k_L–ω и γ–Re_θt модели турбулентности. Экспериментальные результаты отражают тот факт, что фронт ламинарно-турбулентного перехода на крыле состоит из трех частей, которые представляют собой, во-первых, ламинарно-турбулентный переход, вызванный отрывом потока в окрестности корневой части крыла, во-вторых, ламинарно-турбулентный переход, определяемый стационарными вихрями, вызванными поперечным течением, и, в-третьих, ламинарно-турбулентный переход в смежной области. Сравнение результатов численного моделирования и экспериментов показывает, что k_τ–k_L–ω и γ–Re_θt модель турбулентности позволяет лучше предсказать форму и положение фронта ламинарно-турбулентного перехода, а также предельные линии тока, чем γ–Re_θt модель турбулентности. Таким образом, k_τ–k_L–ω модель турбулентности является более подходящей для предсказания перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный для рассмотренного типа стреловидных крыльев.

Гледзер А.Е., Гледзер Е.Б., Хапаев А.А., Чхетиани О.Г. «Многорежимность в тонких слоях жидкости во вращающихся кольцевых каналах» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 138-150 (2021)

Экспериментально и численно изучается возможность существования различающихся режимов баротропной циркуляции в замкнутых кольцевых каналах при одинаковых внешних параметрах, задающих динамику течений. Переходы между режимами осуществляются изменением величины основного параметра (например, величины тока, задающего силу Ампера при МГД-генерации поля скорости), определяющего энергию поля скорости, с последующим восстановлением прежнего значения параметра. В зависимости от периода вращения канала или конфигураций расположения магнитов при МГД-генерации или источников стоков в численных экспериментах возможны следующие результаты. 1. Начальный и конечный режимы отличаются количественно по числу образовавшихся циклонических или антициклонических вихрей. 2. Число вихревых образований не меняется, однако отличается их пространственная локализация, например, угловые координаты центров. 3. После изменения и восстановления значения определяющего параметра течение возвращается к режиму, практически не отличающемуся от исходного. Приведены картины течений и соответствующие диаграммы для лабораторных экспериментов и численных расчетов по уравнениям мелкой воды.