Губайдуллин Д.А., Осипов П.П., Насыров Р.Р. «Акустическое течение, индуцированное колебанием стенки плоского прямоугольного резонатора» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 3-13 (2022)

Рассмотрено движение вязкого сжимаемого газа в закрытом прямоугольном резонаторе, индуцированное гармоническим колебанием границы на первой резонансной частоте. Методом последовательных приближений исследуется двумерное акустическое течение в резонаторе произвольной ширины. Установлено существование акустического течения в виде четырех вихрей Рэлея и четырех вихрей Шлихтинга. Показано сходство акустических течений, возникающих при горизонтальных гармонических колебаниях каверны и при колебаниях стенки резонатора, что говорит о слабом влиянии способа генерации стоячей волны на картину акустического течения. Обнаружено, что по мере уменьшения ширины канала, размеры вихрей Шлихтинга увеличиваются по сравнению с размерами вихрей Рэлея. При ширине канала меньше шести толщин акустического пограничного слоя, вихри Рэлея исчезают и остаются только вихри Шлихтинга. Установлено, что в случае колеблющейся каверны центры вихрей Рэлея и Шлихтинга лежат в одном поперечном сечении, а в случае резонатора с колеблющейся границей центры вихрей Шлихтинга смещены в сторону вертикальных стенок.

Гембаржевский Г.В., Осипенко К.Ю. «Интерпретация и механизм перестройки течения ближнего следа под действием тлеющего разряда» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 14-31 (2022)

Целью работы является физическое истолкование эффекта перестройки следа от двух цилиндров под действием тлеющего разряда. Для этого на основе теории возмущений построен вариант простой модели ближнего следа. В рамках модели комплексный след представляет собой две (по числу порождающих цилиндров) парциальные дорожки Кармана, взаимодействующие между собой в области формирования следа вблизи цилиндров. Каждая дорожка моделируется осциллятором типа Ван дер Поля–Стюарта–Ландау. На основе сопоставления литературных данных по визуализации следов и наших экспериментальных данных по осцилляциям скорости течения с выводами модели идентифицированы наблюдавшиеся режимы следа в газовом и плазменном течениях. Утверждается, что наблюдалась перестройка следа с одной глобальной гидродинамической моды на перемежающиеся моды. Обоснован вывод о том, что перестройка вызвана усилением взаимодействия между областями формирования парциальных дорожек Кармана, произошедшим в результате включения разряда.

Ермолаев Ю.Г., Косинов А.Д., Кочарин В.Л., Семенов А.Н., Семенов Н.В., Шипуль С.А., Яцких А.А. «Влияние малых углов атаки на ламинарно-турбулентный переход сверхзвукового пограничного слоя на стреловидном крыле с χ=72°» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 32-38 (2022)

Проведены экспериментальные исследования влияния малых углов атаки на ламинарно-турбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое стреловидного крыла с углом стреловидности передней кромки 72° при числах Маха 2, 2.5 (дозвуковая передняя кромка) и 4 (сверхзвуковая передняя кромка). Измерения проводились при помощи термоанемометра постоянного сопротивления в аэродинамической трубе Т-325 ИТПМ СО РАН. Получены кривые нарастания, амплитудно-частотные спектры пульсаций, определены положения ламинарно-турбулентного перехода в сверхзвуковом пограничном слое на модели стреловидного крыла для нескольких значений угла атаки. Показано, что изменение угла атаки оказывает сильное влияние на число Рейнольдса перехода при числах Маха потока М=2 и 2.5. При числе Маха 4 малое изменение угла атаки не привело к значительному увеличению числа Рейнольдса перехода. Уменьшение числа Рейнольдса перехода с ростом числа Маха, зафиксированное для модели крыла с углом стреловидности χ=72°, хорошо согласуется с данными для модели крыла с χ=45°.

Бужинский В.А., Петряхин Д.А., Соломонов Е.В. «Колебания в жидкости пластин с ребрами жесткости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 39-46 (2022)

Рассматриваются колебания в своей плоскости пластин с двоякопериодической структурой ребер жесткости в жидкости. Представлены результаты экспериментального исследования диссипации энергии по затухающим колебаниям упруго подвешенных пластин в емкости с жидкостью. Исследована зависимость потерь энергии от безразмерной амплитуды колебаний и числа Рейнольдса. Основное внимание уделяется определению поверхностной плотности диссипации энергии при амплитудах колебаний, сравнимых с пространственным периодом ребер жесткости.

Стурова И.В. «Задача Коши–Пуассона для жидкости с ледяным покровом при наличии сдвигового течения (двумерный случай)» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 47-56 (2022)

В линейной постановке решена двумерная нестационарная задача об эволюции начального возмущения в жидкости, на поверхности которой плавает ледяной покров. В невозмущенном состоянии продольная скорость жидкости линейно меняется с глубиной. Ледяной покров моделируется тонкой упругой пластиной с учетом сжимающих усилий. Построено интегральное представление решения, описывающее поведение ледяного покрова. Получены асимптотики этого решения при больших временах, позволяющие описывать дальние поля возмущений как вблизи, так и вдали от волнового фронта.

Ляпидевский В.Ю., Храпченков Ф.Ф., Чесноков А.А., Ярощук И.О. «Моделирование нестационарных гидрофизических процессов на шельфе Японского моря» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 57-68 (2022)

Нелинейные уравнения многослойной мелкой воды в приближении Буссинеска применены для моделирования нестационарных гидрофизических процессов в шельфовой зоне приливного моря. Выполнен расчет вертикального распределения температуры и горизонтальной компоненты скорости вдоль прямолинейной трассы на основе данных о вариации температуры на заданных горизонтах, полученных на одной из донных станций. Результаты численного моделирования верифицированы с использованием данных других контрольных станций, расположенных вдоль рассматриваемой трассы. Показано, что многослойная модель качественно воспроизводит структуру наблюдаемого волнового пакета, а уравнения двухслойного течения описывают динамику центральной части термоклина даже в том случае, когда стратификация существенно отличается от двухслойной. Сравнение результатов расчета с натурными данными позволяет сделать вывод о том, что гипотеза о квазидвумерном характере течения на шельфе, лежащая в основе применяемого подхода, соответствует реальности.

Алексюк А.И. «Области пониженной полной энтальпии в ближнем следе за телом в потоке вязкого газа» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 69-80 (2022)

Изучается влияние формы обтекаемого тела на степень охлаждения (снижение температуры торможения) газа в областях пониженной полной энтальпии в следе. Течения моделируются путем численного решения уравнений Навье-Стокса для задач двумерного обтекания теплоизолированных тел потоком вязкого совершенного газа при числах Рейнольдса Re=1000 и Маха M_→=0.4. В качестве обтекаемых тел рассматриваются цилиндры эллиптического сечения и пара круговых цилиндров, расположенных поперек потока. Обсуждается точность результатов упрощенной модели для описания этого явления на основе поля скоростей в развитом следе. Приводятся примеры, показывающие, что неучет перераспределения полной энтальпии при вихреобразовании в подобных моделях может приводить к значительным расхождениям с данными численных расчетов в вихревых ядрах.

Зубин М.А., Зубков А.Ф. «Структура отрывного обтекания цилиндрической каверны на стенке плоского канала» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 81-89 (2022)

Представлены результаты экспериментального исследования обтекания турбулентным дозвуковым потоком протяженной каверны на пластине или на стенке плоскопараллельного канала. Каверна представляет собой цилиндрическую траншею конечного размаха с закругленными сферическими торцами. Получены распределения коэффициента давления и визуализированы картины линий тока на поверхности каверны в зависимости от угла наклона ее продольной оси к набегающему потоку и относительной глубины. Обсуждается влияние этих параметров на интенсивность отрывного закрученного течения в каверне.

Мазуров А.П., Таковицкий С.А. «Носовая часть тела вращения с минимальным аэродинамическим сопротивлением в диапазоне больших дозвуковых скоростей» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 90-100 (2022)

Решена задача построения осесимметричных носовых частей, имеющих при заданном ограничении на удлинение минимальное аэродинамическое сопротивление в диапазоне больших дозвуковых скоростей полета. Поиск оптимальных форм основан на подходах локальной линеаризации, которые были использованы при анализе результатов моделирования в рамках уравнений Навье-Стокса и обеспечили сходимость с предельным уменьшением числа прямых расчетов процесса численной оптимизации при большом числе геометрических параметров (более 70). Исследовано влияние на сопротивление дополнительных ограничений, накладываемых на кривизну образующей. Дано сопоставление построенных носовых частей и носовых частей, обладающих близкими к оптимальным значениям характеристиками при дозвуковых и сверхзвуковых условиях: полукаверны Рябушинского и усеченного степенного тела. Подтверждена известная особенность тел, реализующих при заданной длине нулевое или минимальное волновое сопротивление, – возможность образования переднего торца как участка краевого экстремума.

Dan Zhang, Akira Rinoshika, Yan Zheng, Zijuan Li, Ya Zhang «Турбулентные структуры при обтекании волнистого квадратного цилиндра. Моделирование методом крупных вихрей» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 101-117 (2022)

Структуры течения, образующиеся при обтекании волнистого квадратного цилиндра с длиной волны возмущения 5.6D, исследованы численно при помощи метода крупных вихрей (LES) при числе Рейнольдса 23500. Детально изучены силовые характеристики и картины течения в следе за волнистым цилиндром и выполнено их сравнение со случаем обтекания гладкого цилиндра с квадратным сечением. Под влиянием волнистости передней кромки тела имеет место снижение средней силы сопротивления и пульсаций подъемной силы на 27 и 98% соответственно. Трехмерность среднего течения приводит к возникновению интенсивного сдвигового течения между положениями узла и седла на поверхности тела и, как следствие, к образованию дополнительных вихревых пар в продольном и вертикальном направлениях. Эти вихревые структуры определяют трехмерность течения в следе за волнистым квадратным цилиндром. Мгновенные картины течения показывают, что разнесенная структура срыва вихрей Кармана исчезает и сменяется симметричным срывом вихрей в ближний след за волнистым цилиндром. Эта симметричная структура вихрей в ближнем следе играет свою роль в предотвращении взаимодействия между верхним и нижним сдвиговыми слоями. Частотно-временной анализ указывает на снижение доминирующей частоты срыва вихрей в случае волнистого цилиндра, что свидетельствует об относительно стационарном течении в следе. Причиной этому может быть изменение положения вихрей за волнистым цилиндром. В диапазоне высоких частот наблюдаются маленькие полоски, обусловленные усилением мелкомасштабных пульсаций волнистой передней кромкой. Полученные результаты показывают, что возмущение с длиной волны, соответствующей длине волны неустойчивости ламинарного течения с модой A, может быть положено за основу управления течением в турбулентном режиме.

Prabhu M., Kumar R.A., Warrier R., Mouli B.S.N.V., Kiran S. «Истечение жидкости из нескольких отверстий: исследование образования вихрей c воздушным ядром» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 118-130 (2022)

Явление возникновения закрученных вихрей с воздушным ядром (воронок) в жидкости, протекающей через цилиндрические баки, может иметь серьезные побочные эффекты во многих инженерных системах. Следовательно, подавление таких вихрей является насущной необходимостью для этих приложений. В настоящей работе исследуется влияние начального вращения на формирования вихрей с различными конфигурациями расположений сливных отверстий, имеющих одинаковый диаметр (d=10 мм), в случае использования многочисленных отверстий. Во всех рассмотренных конфигурациях имеется соосное (центровое) отверстие с круглым поперечным сечением, в общем случае окруженное другими отверстиями (с круглыми сечениями), которые располагаются на одном и том же расстоянии от центра. В настоящей работе явление формирования вихревых воронок изучается при изменении числа окружающих отверстий и эксцентричности их расположения. Истечение может происходить одновременно через одно и большее число окружающих отверстий. Перед началом истечения с помощью закручивания жидкости (40–240 об./мин) столбу жидкости сообщается циркуляционное движение, создаваемое механической мешалкой с электродвигателем, число оборотов которой можно было регулировать. Результаты проведенного исследования показали, что для всех конфигураций расположения сливных отверстий вихрь подавляется при увеличении степени эксцентричности (нецентральности) расположения отверстий и, таким образом, время истечения уменьшается. Результаты исследования также показывают, что центральное отверстие является ключевым фактором для процесса вихреобразования и при меньших значениях эксцентричности расположения отверстий вихрь последовательно подавляется по мере увеличения числа отверстий, окружающих центральное. Все ранее проведенные исследования формирования вихревых воронок, результаты которых доступны в литературе, были выполнены либо с одним или с двумя сливными отверстиями. Исследования истечения жидкости из нескольких отверстий (число сливных отверстий больше двух) до сих пор отсутствовали. Таким образом, текущее исследование, результаты которого представлены в данной работе, является первым исследованием истечения жидкости из нескольких сливных отверстий.

Roy A., Mukherjee R. «Экспериментальное исследование поведения области локального отрыва ламинарного потока на сечении прямого крыла» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 131-150 (2022)

Области локального отрыва ламинарного потока в корневом или направленном по размаху среднем сечении прямого крыла выявляются с помощью прямых измерений давления на поверхности крыла в аэродинамической трубе и проводится анализ их поведения при разных числах Рейнольдса и углах атаки. Положения точек отрыва, ламинарно-турбулентного перехода и повторного присоединения потока находятся в зависимости от углов атаки и числа Рейнольдса. Характеристики турбулентности и структура ламинарно-турбулентного перехода в оторвавшемся сдвиговом слое изучаются с помощью лазерного допплеровского измерителя скорости (термоанемометра). Данные о поверхностном давлении и одновременно полученные результаты измерений скорости сопоставляются для того, чтобы выявить области растущих возмущений в сдвиговом слое. Визуализация течения масляной пленкой на поверхности крыла позволила прояснить детали взаимодействия концевой части крыла и области отрыва потока вблизи передней кромки крыла при больших углах атаки. Из распределений продольной скорости вычислены статистические характеристики турбулентности, в пристеночной области наблюдается заметное отклонение значений коэффициентов асимметрии и эксцесса от нормального распределения. Изучено и описано влияние локальной области отрыва потока на аэродинамические коэффициенты трехмерного корневого сечения прямоугольного крыла.