Деревич И.В., Клочков А.К. «Интенсивность хаотического движения частиц при турбулентном течении газа в каналах с шероховатыми стенками» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 4-16 (2022)

В рамках градиентной гипотезы получено замкнутое уравнение для функции плотности вероятности (ФПВ) распределения координат и скорости частиц. Найдено приближенное решение уравнения для ФПВ, с помощью которого записана замкнутая система уравнений для первых и вторых моментов флуктуаций скорости частиц. Представлена система граничных условий, полученная на основе приближенного решения уравнения для ФПВ, которая учитывает шероховатость стенки канала и коэффициенты восстановления импульса отраженных частиц. Установлено, что турбулентный перенос импульса дисперсной фазы в пристеночную область канала приводит к значению амплитуды флуктуаций аксиальной компоненты скорости частиц выше, чем у газа. Показано, что столкновение частиц с шероховатой поверхностью приводит к дополнительной генерации случайной нормальной компоненты скорости частиц, кардинально меняющей профиль концентрации примеси по сравнению с гладкими стенками. Результаты расчетов сопоставляются с экспериментальными данными.

Ворожбит Е.Е., Петров А.В., Судаков В.Г. «Экспериментальное исследование выдува локальных струй для управления обтеканием крыла магистрального самолета» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 17-26 (2022)

Представлены результаты экспериментальных исследований выдува струй для ослабления или подавления локальных отрывов потока с верхней поверхности модели механизированного крыла магистрального самолета при больших углах атаки в дозвуковой аэродинамической трубе Т-104 ЦАГИ с целью улучшения аэродинамических характеристик на режиме посадки. Выдув струй малой интенсивности осуществлялся из щелевых сопел на передних кромках крыла в областях его сочленения с фюзеляжем и с пилоном мотогондолы двигателя. Дано сравнение результатов, полученных для базовой конфигурации модели самолета без выдува струй и конфигураций с выдувом струй под различными углами к верхней поверхности крыла. Показано, что при всех исследованных вариантах увеличение интенсивности выдува струй приводит к практически монотонному повышению несущих свойств модели во всем диапазоне углов атаки. При одинаковых коэффициентах импульса наиболее эффективным является выдув струй в области сочленения крыла с фюзеляжем.

Гильманов А.Я., Федоров К.М., Шевелев А.П. «Задача о блокировании техногенной трещины в пласте суспензионной смесью» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 27-34 (2022)

Рассматривается решение задачи о блокировании техногенной трещины в пласте суспензионной смесью. Используется математическая модель, основанная на законах сохранения массы дисперсных частиц и несущей жидкости. Скорость течения дисперсных частиц по трещине рассчитывается из закона Пуазейля, отток несущей жидкости в пласт описывается законом Дарси. Определено наличие контактного разрыва, соответствующего переднему фронту оторочки суспензии. Показано, что при достижении фронтом оторочки суспензии конца трещины начинается движение отраженной волны в виде разрыва объемной доли дисперсных частиц навстречу потоку, трещина начинает блокироваться с этого конца. Установлено, что продвижение обратной волны постепенно замедляется, поэтому заблокировать всю трещину оказывается проблематичным.

Алиева Д.А., Гришин И.И., Колинько К.А., Храбров А.Н., Шуховцов Д.В. «Гистерезис и асимметрия аэродинамических характеристик при развитии отрыва потока на модели самолета с прямым крылом большого удлинения» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 35-41 (2022)

Экспериментально исследовано связанное развитие аэродинамической асимметрии и гистерезиса аэродинамических характеристик модели самолета c прямым крылом большого удлинения λ=10.6 при изменении угла атаки от 0 до 20° и обратно. Возникновение гистерезиса сопровождается несимметричным отрывом потока с консолей крыла. Увеличение числа Рейнольдса с Re=0.24·10⁶ до 0.32·10⁶ приводит к усилению гистерезисных эффектов. Показано, что несимметричное отклонение элеронов на 40° и/или интерцепторов на –60° может привести к исчезновению асимметрии или смене ее знака.

Чаплина Т.О., Кистович А.В. «Перемещение плавучих маркеров по поверхности вихревой воронки» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 42-55 (2022)

Экспериментально и теоретически изучены характерные особенности движения маркеров, размещенных на свободной поверхности вихревой воронки, образованной вращением воды в цилиндрическом контейнере. Измерена зависимость угловых и радиальных координат центра масс маркеров от времени, а также зависимость вращения маркера вокруг собственной оси от угла поворота его центра масс вокруг вертикальной оси вихревого потока. Представлена математическая модель движения твердого маркера произвольной формы. Результаты теоретических расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными.

Борзенко Е.И., Дьякова О.А., Шрагер Г.Р. «Неизотермическое течение неньютоновской жидкости со свободной поверхностью в коаксиальном канале» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 56-63 (2022)

Исследовано неизотермическое течение неньютоновской жидкости в поле силы тяжести с учетом диссипативного разогрева, зависимости эффективной вязкости от температуры и наличия свободной поверхности, реализуемое при заполнении коаксиального канала. Реологическое поведение среды описывается моделью Сross-WLF. Задача решается численно с использованием оригинальной вычислительной технологии на основе метода контрольного объема и метода инвариантов для удовлетворения граничных условий на свободной границе. Продемонстрированы характеристики потока в процессе заполнения при различных значениях определяющих параметров.

Селезнев Р.К. «Численное исследование ПВРД и ГПВРД режимов работы камеры сгорания HIFiRE-2» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 64-73 (2022)

Выполнено трехмерное численное моделирование процессов подачи смешения и горения топлива JP-7 в ПВРД и ГПВРД режимах работы камеры сгорания эксперимента HIFiRE-2. Двухкомпонентная смесь 64% этилена и 36% метана используется в качестве имитации авиационного керосина JP-7. Представлена кинетическая схема горения, состоящая из 4 реакций. Проведено сравнение рассчитанных концентраций H₂O в сечении oXY в ПВРД и ГПВРД режимах работы с результатами расчета других авторов. Анализ распределения температуры и числа Маха в различных сечениях камеры сгорания позволяет выделить основные особенности течения. Представлено сравнение распределения давления на нижней стенке камеры с экспериментальными результатами.

Суржиков С.Т., Яцухно Д.С. «Анализ летных данных по конвективному и радиационному нагреву поверхности спускаемого марсианского космического аппарата Schiaparelli» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 74-85 (2022)

Выполнено численное исследование радиационной аэротермодинамики спускаемого космического аппарата Schiaparelli для характерных траекторных точек в процессе входа в атмосферу Марса. Расчеты были проведены с использованием трехмерной радиационно-газодинамической модели, описывающей течение вязкого, сжимаемого, теплопроводного, химически реагирующего и излучающего газа с учетом возбуждения колебательных степеней свободы. В соответствии с полученными расчетными данными максимальный уровень радиационного нагрева задней поверхности спускаемого аппарата фиксируется для траекторной точки, соответствующей скорости полета ∼2.6 км/c, и составляет 70% от общего нагрева. Результаты численного моделирования свидетельствуют о незначительной интенсивности химических реакций для траекторных точек, соответствующих высотам 28–23 км. Полученные данные по распределению радиационного и полного теплового потока по поверхности космического аппарата находятся в удовлетворительном согласии с результатами летного эксперимента

Козлов П.В., Забелинский И.Е., Быкова Н.Г., Герасимов Г.Я., Левашов В.Ю. «Экспериментальное исследование излучательных характеристик ударно-нагретого воздуха в ультрафиолетовой и видимой областях спектра» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 86-94 (2022)

Представлены результаты измерения интегральных и временных спектральных характеристик ударно-нагретого воздуха. Эксперименты проведены на модифицированной двухдиафрагменной ударной трубе DDST-M Института механики МГУ в интервале скоростей ударной волны от 7.5 до 11.4 км/с при давлении перед фронтом ударной волны p0=0.25 Торр. Исследован диапазон волн излучения λ=190–670 нм, соответствующий ультрафиолетовой и видимой областям спектра, в которых основной вклад в излучение дают молекулярные полосы. Проведен анализ полученных интегральных по времени спектрограмм излучения. Выделены особенности временных осциллограмм для наиболее типичных молекулярных линий спектра. Данные измерений сравниваются с экспериментальными данными других авторов.

Власов П.А., Панкратьева И.Л., Полянский В.А. «Исследование ЭГД-структуры течения высокотемпературной газовой смеси с неоднородным источником заряженных частиц» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 95-101 (2022)

Рассматривается электрогидродинамическая (ЭГД) структура течения высокотемпературной частично ионизованной химически реагирующей газовой смеси в плоском канале. Примером такого течения может служить факел углеводородного пламени при атмосферном давлении. Известно, что в процессах горения источником заряженных частиц служат реакции хемоионизации. На границах зоны горения, очевидно, имеется сильная пространственная неоднородность источника ионизации. В статье показано, что при этом вблизи границ образуются узкие области объемного электрического заряда (типа биполярных двойных слоев) и даже при отсутствии внешнего приложенного поля появляются кулоновские силы, действующие на поведение горящей среды. Обнаружен режим горения, когда большая часть факела получает положительный заряд.

Логвенков С.А. «Моделирование сортировки двух типов клеток в клеточном сфероиде с учетом подвижности границ областей, занятых клетками разных типов» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 102-116 (2022)

Выращивание клеточных агрегатов, полученных смешиванием клеток разных типов, в частности эмбриональных, приводит к их сортировке – формированию клеточных структур, которые характеризуются пространственным разделением больших групп клеток разных типов, отделенных друг от друга четкими границами. Типичными являются клеточные структуры, в которых компактная масса клеток одного типа окружена клетками другого типа. В настоящей работе поставлена и исследована задача о перераспределении плотностей двух типов клеток, образующих клеточный сфероид. Постановка задачи использует предложенную ранее континуальную модель биологической сплошной среды (Логвенков С.А., Штейн А.А. Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 3. С. 3), образованной двумя активно взаимодействующими клеточными фазами и жидкостью. Решены задачи, использующие два типа граничных условий, которые учитывают подвижность внешних границ областей, занятых клетками разных типов: в одном случае обе границы считаются совпадающими, а в другом – учитывается возможность их независимого перемещения. Исследовано влияние локального и нелокального законов развития активных межклеточных взаимодействий на процесс сортировки. Проведен анализ свойств решений обеих постановок задач. Показано, что решения задачи с двумя независимо перемещающимися границами более адекватно описывают явление сортировки, где клетки с более сильными стягивающими активными взаимодействиями стремятся занять центральную область, вытесняя клетки, обладающие более слабыми стягивающими взаимодействиями. Решения задачи с двумя границами обладают большей устойчивостью по отношению к возмущениям начальных условий. При этом может быть использована как нелокальная, так и локальная модель.

Колесников А.Ф., Васильевский С.А., Щелоков С.Л., Чаплыгин А.В., Галкин С.С. «Анализ возможностей локального моделирования аэродинамического нагрева в мощном ВЧ-плазмотроне ВГУ-3» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 117-124 (2022)

Определены необходимые условия локального моделирования аэродинамического нагрева на мегаваттном ВЧ-плазмотроне ВГУ-3 в дозвуковых струях высокоэнтальпийного воздуха. Установлены область в координатах "энтальпия–давление торможения" и соответственно границы скорости и высоты входа в атмосферу тела с радиусом затупления носка 1 м, для которых возможна реализация этих условий при применении моделей с эффективным радиусом 10-45 мм. Приведены экспериментальные данные, подтверждающие выводы теории о том, что на установке ВГУ-3, по сравнению со 100-киловаттным ВЧ-плазмотроном ВГУ-4, существенно расширяется диапазон тепловых потоков к каталитической поверхности стандартной водоохлаждаемой модели.

Исаев С.А., Судаков А.Г., Никущенко Д.В., Чунг К. «Влияние сжимаемости на уловленный вихрь в зазоре между соосными диском и цилиндром и сопротивление компоновки при осесимметричном до-, транс- и сверхзвуковом обтекании» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 125-134 (2022)

Представляется численное исследование влияния сжимаемости воздуха на циркуляционное течение в крупномасштабном вихре, уловленном в зазоре между соосными диском и цилиндром. До-, транс- и сверхзвуковое осесимметричное обтекание и сопротивление близкой к оптимальной по профильному сопротивлению для несжимаемой среды компоновки тела диск-цилиндр-диск рассматривается в диапазоне чисел Маха М от 0 до 3. Обосновываются сеточная сходимость и адекватность численных прогнозов при их сравнении с имеющимися экспериментальными данными. Наблюдаемая в трансзвуковом диапазоне чисел М с 0.75 до 0.95 перестройка ударно-волновой структуры от возникающего прямого скачка над сдвиговым слоем и до формирования лямбда скачка над боковой поверхностью цилиндра обусловливает быстрый рост волнового сопротивления компоновки. Показано, что свыше M=0.8 плотность, температура, характеристики турбулентности в ядре уловленного вихря меняются слабо.

Крашенинников С.Ю., Миронов А.К., Польняков Н.А. «Исследование динамики течения при начале распространения турбулентной струи» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 6, с. 135-150 (2022)

Исследована последовательность изменения параметров течения при начале формирования затопленной турбулентной струи, при дозвуковой скорости истечения. Использовались вычислительное моделирование на основе LES-технологии и определение параметров течения с помощью малоинерционных измерительных средств. Исследование показало, что свойства течения в начальные моменты времени обусловлены отрывом потока от кромки сопла, сопровождающегося образованием больших тороидальных вихрей вне струи в ее начальном сечении. При этом возникают значительные неоднородности в распределении статического давления в развивающемся течении. Максимальные неоднородности (разрежение и превышение статического давления по отношению к атмосферному) имеют значения, приблизительно равные скоростному напору в начальном сечении струи, и уменьшаются вдоль потока. А при установившемся течении экстремальные значения разрежения, в движущихся квазипериодических неоднородностях распределении статического давления, сохраняются на уровне 10–20% от скоростного напора в источнике струи. Результаты взаимного сопоставления данных расчетов при разных режимах истечения и данных, полученных в экспериментах, в целом, удовлетворительно согласуются между собой и подтверждают общие выводы проведенных ранее исследований