Гувернюк С.В., Дынников Я.А., Дынникова Г.Я., Малахова Т.В. «Гидродинамические механизмы влияния упругой связи на пропульсивную силу крылового профиля при полудетерминированных колебаниях в потоке вязкой жидкости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 3-12 (2022)

Представлены результаты исследования колебаний профиля на упругом шарнире, совершающем поперечные синусоидальные колебания в набегающем потоке вязкой несжимаемой жидкости. Движение шарнира задано, а угловые колебания профиля происходят под действием гидродинамических и упругих сил. Задача взаимодействия тела и жидкости решается в полной сопряженной постановке. Жидкость описывается уравнениями Навье–Стокса, численное решение которых строится бессточным методом вязких вихревых доменов. Моделирование связанного движения сплошной среды и твердого тела достигается путем решения единой линейной системы уравнений, неизвестными величинами в которой являются потоки завихренности с поверхности тела и скорость вращательного движения тела. В результате все неизвестные величины на каждом шаге по времени вычисляются одновременно, минуя традиционную процедуру расщепления шага на гидродинамическую и динамическую части с последующими итерациями. Объяснены механизмы возникновения тяги при таком движении профиля и роль в этом процессе силы присоединенных масс.

Исаев С.А. «Генезис аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена в наклонных канавках на структурированных поверхностях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 13-24 (2022)

Обзор эволюции научного направления по вихревой интенсификации теплообмена на структурированных лунками энергоэффективных поверхностях представляется. Обсуждается открытое явление аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена в наклонных канавках со сферическими законцовками, связанное с интерференцией взаимодействующего с наветренным склоном входящего в канавку струйного потока и самоорганизующегося торнадоподобного вихря. Особое внимание уделяется экспериментальному подтверждению обнаруженных численно экстраординарных перепадов статического давления внутри входной части канавки и ускорения пристеночного потока над входом до скорос

Абдульманов К.Э., Никитин Н.В. «Развитие возмущений в круглой затопленной струе с двумя модами неустойчивости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 25-40 (2022)

Численно исследуются устойчивость и нелинейное взаимодействие возмущений в круглой струе при Re=2850. Воспроизводятся условия лабораторного эксперимента, выполненного ранее в НИИ механики МГУ. Характерная особенность изучаемой струи – наличие трех точек перегиба во входном профиле скорости, что существенно определяет свойства течения. Линейная устойчивость исследуется с использованием двух подходов: квазипараллельного и пространственного. Получено хорошее количественное согласие результатов двух подходов, а также согласие с результатами невязкой теории. Проведены численные расчеты с целью объяснения и интерпретации результатов лабораторного эксперимента, в котором обнаружено изменение протяженности зоны перехода к турбулентности в струе под действием периодических во времени осесимметричных возмущений. Показано, что осесимметричные возмущения даже значительной начальной амплитуды не приводят к переходу к турбулентности. Наблюдающийся в эксперименте переход может объясняться наличием неконтролируемых трехмерных возмущений, усиливающихся на фоне достаточно интенсивных искусственных возмущений. Проведенные в данной работе исследования подтверждают выдвинутую гипотезу. Таким образом, инициатором перехода служат трехмерные возмущения, а осесимметричные возмущения при достаточно большой амплитуде лишь ускоряют их рост. Показано, что более интенсивные трехмерные возмущения могут быть способными обеспечивать еще более быстрый переход даже при отсутствии осесимметричной составляющей.

Гапонов С.А. «Устойчивость пограничного слоя при внутреннем выделении тепла и подаче газа через пористую стенку» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 41-50 (2022)

Решена задача устойчивости дозвукового пограничного слоя в условиях подвода тепла внутрь пограничного слоя с инжекцией однородного газа через пористую пластину, частично модулирующая устойчивость пограничного слоя с диффузионным горением. Во всем диапазоне исследованных параметров наиболее растущими являются двумерные волны. Установлено, что при фиксированной норме подвода тепла с увеличением числа Рейнольдса, т.е. при удалении от передней кромки пластины, максимальная температура в пограничном слое увеличивается, что согласуется с известными экспериментами и расчетами параметров пограничного слоя с диффузионным горением. При этом зависимость максимальных по частоте степеней усиления от числа Рейнольдса немонотонна. Показано, что инжекция газа с подводом тепла дестабилизирует пограничный слой, как и в его отсутствие. С другой стороны, показана стабилизирующая роль подвода тепла и в условиях вдува газа через пористую стенку. С увеличением частоты нарастающей волны фазовая скорость стремится к скорости в обобщенной точке перегиба. Несмотря на достаточно большие величины степеней нарастания, справедливо соотношение Гастера, согласно которому пространственная степень усиления равна временной степени усиления, поделенной на групповую скорость.

Чернова А.А., Афанасьев А.А. «Влияние гравитационного расслоения фаз на оптимальные режимы водогазового воздействия на нефтяные пласты» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 51-61 (2022)

Исследуется водогазовое воздействие на нефтяные пласты, т.е. газовый метод увеличения нефтеотдачи, предполагающий закачку воды и углекислого газа в пласт с целью повышения нефтеотдачи. Применение такого воздействия осложняется возможностью гравитационного расслоения фаз, приводящего к неравномерному охвату пласта вытесняющими агентами. Из системы уравнений, описывающей течение воды и двухфазной углеводородной смеси, определены безразмерные параметры, характеризующие стратификацию фаз. Показано, что эффективность водогазового воздействия зависит от трех параметров подобия. Проведено параметрическое исследование оптимальных стратегий закачки воды и углекислого газа при изменении одного из критериев подобия. Построена диаграмма оптимальных стратегий водогазового воздействия. Исследованы оптимальные интервалы перфорирования нагнетательной и добывающей скважин для различных значений предложенного параметра.

Нуриев А.Н., Камалутдинов А.М. «Идентификация характеристик силового аэродинамического воздействия на колеблющиеся консольно-закрепленные балки» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 62-79 (2022)

Проводится экспериментальное и численное исследование взаимодействия длинных упругих балок с жидкостью в резонансных режимах колебания. Экспериментально изучаются затухающие изгибные колебания консольно-закрепленных тест-образцов в воздухе. С помощью МЭМС гироскопа регистрируются угловые скорости движения свободного конца консоли, с помощью дымовой визуализации проводится наблюдение течений в окрестности балки, индуцированных колебаниями. Строится квазиплоская математическая модель взаимодействия балка–жидкость, позволяющая по измеряемым логарифмическому декременту колебаний и относительному изменению частоты оценить силовое аэрогидродинамическое воздействие на балку. Проводится прямое трехмерное численное моделирование движения жидкости около консоли. По результатам численных и экспериментально-теоретических исследований выполняется анализ структуры течений и аэрогидродинамических сил, индуцированных колебаниями балки при разных параметрах колебаний. Исследуется применимость квазиплоской модели взаимодействия.

Григорьев А.И., Колбнева Н.Ю., Ширяева С.О. «Об акустическом излучении слабо заряженных капель, осциллирующих во внешнем однородном электростатическом поле» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 80-93 (2022)

В асимптотических расчетах первого порядка малости по безразмерной амплитуде осцилляций и равновесной деформации, слабо заряженных капель естественного происхождения в слабом внешнем электрическом поле рассчитывается интенсивность акустического излучения от них и ширина диапазона частот, на который это излучение приходится. Расчеты проводятся на модели идеальной несжимаемой электропроводной жидкости. Показано, что акустическое излучение жидко-капельного аэрозоля естественного происхождения: облаков и туманов приходится на ультразвуковой диапазон частот, а акустическое излучение от дождя идет в звуковом диапазоне, и такое звуковое излучение может быть слышимым. Граница по радиусу капель между ультразвуковым и звуковым акустическими излучениями зависит от физических характеристик среды и капли и может смещаться как в одну сторону, так и в другую.

Брызгалов А.И., Васильевский С.А., Колесников А.Ф., Якуш С.Е. «Теплообмен цилиндрического тела с каталитической поверхностью при обтекании потоком дозвуковой неравновесной воздушной плазмы» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 94-112 (2022)

Исследованы стационарные дозвуковые течения неравновесной воздушной плазмы около цилиндрического тела с плоским торцом и теплообмен в условиях, характерных для испытаний материалов в ВЧ-плазмотроне ВГУ-4 ИПМех РАН. Представлена двумерная вычислительная модель, позволяющая производить расчеты осесимметричного обтекания тел с учетом детальной кинетики частично ионизованного и диссоциированного воздуха. Проведены численные расчеты стационарных обтеканий и тепловых потоков к водоохлаждаемому цилиндрическому телу диаметром 50 мм, на переднем торце которого установлен проточный калориметр. Расчеты проведены для серии экспериментов на установке ВГУ-4 с различными металлическими тепловоспринимающими стенками калориметров (медь, серебро, золото, ниобий, тантал, бериллий, молибден). Получены характеристики течения и распределения концентраций компонент в расчетной области и вблизи поверхностей с различной каталитичностью по отношению к гетерогенной рекомбинации атомов кислорода и азота. Рассчитаны радиальные распределения кондуктивной и рекомбинационной составляющих теплового потока, а также суммарного теплового потока на поверхности обтекаемого тела. Продемонстрирован эффект сверхравновесного нагрева, приводящий к возникновению высоких тепловых потоков вблизи границы раздела материалов с сильно различающейся каталитической активностью. Сравнение с экспериментальными данными показало, что вычислительная модель позволяет предсказывать тепловые потоки на обтекаемых каталитических поверхностях с точностью не хуже 10%.

Таковицкий С.А. «Усеченные степенные тела как результат приближенного решения задачи Ньютона о теле с минимальным сопротивлением» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 113-118 (2022)

Получено приближенное решение задачи Ньютона о теле, движение которого вызывает наименьшее сопротивление со стороны окружающей среды. Решение основано на допущении о тонкости тела и определяет класс оптимальных осесимметричных носовых частей, затупленных по торцу и имеющих образующую со степенной зависимостью радиуса от продольной координаты. Сопоставление с точным решением показало, что отличие по сопротивлению не превышает 1% при удлинении тела выше 1.4.

Гермидер О.В., Попов В.Н. «Оценка влияния эффекта разрежения на число Пуазейля в длинном кольцевом канале при неполной аккомодации молекул газа» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 119-128 (2022)

В зависимости от значений параметра разрежения, отношений радиусов цилиндров, образующих длинный кольцевой канал, и коэффициентов аккомодации тангенциального импульса молекул газа на стенках канала предложен метод вычислений значений числа Пуазейля. В промежуточном режиме течения газа данные значения получены с использованием полиномиальной аппроксимации Чебышева на основе линеаризованного модельного кинетического уравнения Шахова с зеркально-диффузными граничными условиями Максвелла. Приведен анализ полученных результатов в окрестности гидродинамического режима течения газа со скольжением и проведено их сравнение с аналогичными результатами, найденных в рамках БГК модели.

Lu X.G., Yi S.H., He L., Gang D.D., Ding H.L. «Экспериментальное исследование перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на стреловидной пластине при переменном числе Рейнольдса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 129-140 (2022)

Экспериментальное исследование процесса перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный проведено на плоской пластине с углом стреловидности передней кромки 45° в гиперзвуковой М=6.0 малошумной аэродинамической трубе. Исследованы мгновенные тонкие структуры течения в пограничном слое на стреловидной пластине при различных числах Рейнольдса в плоскостях поперек потока (по размаху пластины) с использованием метода рассеяния на наночастицах лазерным ножом (Nano-tracer Planar Laser Scattering, NPLS). В эксперименте число Рейнольдса на единицу длины (единичное число Рейнольдса) изменялось от 1.04·10⁷ до 2.61·10⁷ м^–1. Проанализированы характеристики пространственно-временной эволюции пограничного слоя, переходящего из ламинарного в турбулентный. Полученные результаты показывают, что с ростом числа Рейнольдса передний фронт ламинарнотурбулентного перехода в пограничном слое на наветренной стороне стреловидной пластины "опережает расписание", а плоскость перехода в общем случае параллельна передней кромке пластины с углом стреловидности 45°. Основная причина того, что турбулентность в пограничном слое развивается на коротком расстоянии, состоит во влиянии поперечного течения. Вместе с исследованием полосчатой структуры поперечного течения в изображениях, полученных при визуализации течения методом рассеяния на наночастицах лазерным ножом, изучены характеристики волны поперечного течения и проанализировано влияние волны поперечного течения в пограничном слое на ламинарно-турбулентный переход.

Shi-Long Xing, He-Yong Xu «Модель динамического срыва потока с профиля, применимая при больших углах отклонения закрылка на задней кромке» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 141-150 (2022)

Предложена модель динамического срыва потока с профиля с закрылком на задней кромке, основанная на нейронной сети с долгосрочной кратковременной памятью (LSTM). В модели рассматриваются нелинейные аэродинамические силы, вызванные большим углом отклонения закрылка. Использован численный метод, основанный на нестационарных, осредненных по Рейнольдсу уравнениях Навье-Стокса (URANS). Рассчитаны коэффициенты аэродинамических сил, действующих на профиль при различных законах отклонения закрылка в ходе движения по тангажу. Результаты показывают, что максимальное значение коэффициента подъемной силы может уменьшиться на 15.4%, а максимальные значения коэффициента сопротивления и момента тангажа могут уменьшиться на 34.8 и 31.8% соответственно. Посредством закрылка можно эффективно снизить нагрузку, испытываемую профилем от момента тангажа при динамическом срыве вихрей. Полученные данные по коэффициентам аэродинамических сил использованы для обучения модели. Результаты, полученные на основе модели, показывают, что она в состоянии достаточно точно определить характеристики динамического срыва потока с профиля. Обсуждается влияние гиперпараметров нейронной сети с долгосрочной кратковременной памятью на предсказательные возможности модели. Последние тем выше, чем больше количество шагов по времени в реализации и количество входных параметров.