«К 100-летнему юбилею Горимира Горимировича Чёрного» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 3-5 (2023)

В январе текущего года исполнилось 100 лет со дня рождения выдающегося ученого-механика современности, одного из основоположников современной школы газовой динамики, замечательного человека и блестящего профессора академика АН СССР и России Горимира Горимировича Чёрного (21.01.1923–06.11.2012). Великая страна рождает великих людей – таких, как Горимир Горимирович, который студентом добровольцем ушел на фронт защищать Родину, а после войны создал научную школу мирового уровня. Его жизнь неразрывно связана с жизнью нашей страны в сложное послереволюционное время, в тяжелые годы Великой Отечественной войны, в годы мирного строительства и научного прогресса и последующее горькое время ослабления и распада Советского Союза. 5 июля 1941 г. Горимир Чёрный, закончив 1-й курс мехмата МГУ, стал артиллеристом 8-й Краснопресненской дивизии народного ополчения и в начале октября 1941 г. оказался на фронте. Познав горечь поражений, потерь боевых товарищей, двух окружений под Вязьмой, плена (с побегами), ранений и госпиталей с трепанацией черепа, допросов в "Смерше" и иные невзгоды, Горимир Чёрный вернулся в действующую армию, участвовал в операции "Багратион" (Белоруссия, 1944), штурмах Кенигсберга и Берлина и освобождении Праги. Закончил войну сержантом с боевыми наградами, включая медаль "За отвагу" и ордена "Славы" III степени, "Отечественной войны" I степени и "Красной Звезды". Вернувшись в МГУ осенью 1945 г., Г.Г. Чёрный в 1949 г. блестяще закончил кафедру гидромеханики под руководством зав. кафедры Леонида Ивановича Седова, который тогда же был заместителем Начальника "Центрального института авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова" по науке. Только благодаря ему выпускник с направлением (из-за плена) учителем в сибирскую глушь, был принят на работу в ЦИАМ. Через 3 года по инициативе Л.И. Седова в ЦИАМ была создана лаборатория "Газовой динамики", начальником которой по его же инициативе был назначен 29-летний инженер Чёрный. Пробыв ее начальником 18 лет, он сразу стал лидером формирующейся научной школы. Активная научная деятельность Г.Г. Чёрного началась в эпоху мощного развития науки, ее важнейшего раздела механики и в первую очередь – механики жидкости, газа и плазмы. Этим направлениям он посвятил всю свою творческую жизнь, и многие успехи в указанных направлениях связаны с его именем. Г.Г. Чёрный внес решающий вклад в решение важнейших научных проблем, связанных с воздушно-реактивными и ракетными двигателями, летательными аппаратами, оптимальными аэродинамическими формами, горением и детонацией, пространственными и нестационарными течениями при любых скоростях, включая гиперзвуковые, сильными разрывами в разных средах, проблемами плавления и разрушения тел. Его результаты опубликованы в многочисленных статьях, в получивших мировое признание монографиях (Г.Г. Чёрный Течения газа с большой сверхзвуковой скоростью. М.: Физматгиз, 1959. 220 с., переведена в США; Чёрный Г.Г. Газовая динамика. М.: Наука, 1988. 424 с.), в уникальных ретроспективных сборниках: "Газовая динамика. Избранное" (М.: Физматлит, 2005. 2-е издание. Т. 1, 720 с. и т. 2, 752 с.), "Механика жидкости и газа. Избранное" (М.: Физматлит, 2003. 752 с.) и в "их 4-м томе" (Чёрный Г.Г. Избранные труды. М.: Наука, 2009. 759 с.). Последний содержит и самый полный список публикаций Великого Ученого. К 80-летнему юбилею Горимира Горимировича список его работ опубликован в журнале "Прикладная математика и механика" (2003. Т. 67. Вып. 1. С. 7-14). Научный стиль Г.Г. Чёрного характеризуют глубокое проникновение в суть проблем, создание принципиально новых физико-математических моделей, использование разнообразного математического аппарата и доведение исследований до окончательного важного с теоретической и практической точек зрения результата. Все это позволило ему стать авторитетнейшим ученым-механиком России. Он оказал ощутимое положительное влияние на систему преподавания механики на мехмате МГУ и в Московском физико-техническом институте, где читал курсы гидродинамики, газовой динамики и аэродинамики, ставшие образцом для нескольких поколений преподавателей. Долгое время ему довелось заведовать отделением механики мехмата МГУ. Многогранна научно-организаторская роль Горимира Горимировича. Он внес основополагающий вклад в становление и развитие двух руководимых им научных коллективов – газодинамической лаборатории ЦИАМ ("Лаборатории Чёрного"), занявшей ведущие позиции в области газовой и физической газовой динамики, и Института механики МГУ – одного из лидеров отечественной и мировой механики. В Институте механики МГУ под его руководством многие годы проходил самый авторитетный в нашей стране семинар по течениям газа, включая течения со сложными физико-химическими процессами. Обширные знания и глубокое понимание механики руководителем семинара привлекали многочисленных исследователей от маститых ученых до аспирантов и студентов. Большое значение для научной атмосферы и поддержания высокого уровня исследований по механике имел огромный авторитет Горимира Горимировича, мнения которого воспринимались научным сообществом как не подлежащие сомнению. Несколько десятилетий Горимир Горимирович возглавлял Национальный комитет по теоретической и прикладной механике СССР, а затем России. Г.Г. Чёрный в течение длительного времени авторитетно представлял нашу страну в международных научных организациях, и его деятельность высоко оценивалась Мировой научной общественностью. Он занимал ведущие позиции в реализации современных международных программ по гиперзвуку, плазменной аэродинамике, по течениям с детонацией и горением. Горимир Горимирович считал неприемлемым современное положение отечественной науки и предлагаемые способы ее развития. Особенно это касается механики, так как возникла тенденция умаления ее основополагающей роли. В своих выступлениях и статьях Г.Г. Чёрный подчеркивал, что развитию механики человечество обязано своими важнейшими достижениями, что участие ученых-механиков в советском ядерном и аэрокосмическом проектах во многом определило их успех, и что внедрение в научные и практические приложения нано- и биотехнологий невозможно без привлечения методов механики. На судьбу Горимира Горимировича огромное влияние оказала Великая Отечественная война. "Это короткое время – всего четыре года – наполнено событиями и переживаниями, с которыми не может сравниться все, что было со мной в моей уже долгой жизни до войны и после нее", – написано в заключительной книге его воспоминаний об этом времени (Г.Г. Чёрный. Военные годы. СПб.: Издательство “Любавич”, 2010. 570 с.). Книга эта уникальна. Она включает дневниковые записи, которые Г.Г. Чёрный вел в последний год войны, отрывки из писем родным в то же время, а также современный комментарий (в том числе, политико-философского характера) к этим материалам, затрагивающий довоенное и послевоенное время. Дневниковые записи и письма не редактировались, оставаясь свидетельствами того времени. Это позволяет сполна почувствовать мироощущение молодого человека-солдата, его страдания и надежды, взаимоотношения с окружающими. Поражает искренность автора: он открыт читателю полностью. Книга написана прекрасным языком. Отзывы на нее разных групп читателей (участников войны, профессионалов-литераторов, ученых, простых людей) полны благодарности. Как автор замечательной и важной для нашей истории книги Г.Г. Чёрный был принят в Союз писателей России. Горимир Горимирович – многогранная личность с самыми разными увлечениями. Международная научная известность позволила ему посетить многие страны и континенты. Здесь он, вооруженный фото- и видеосистемами, с увлечением постигал культурные особенности посещаемых мест. На всех, кто общался с ним, производили неизгладимое впечатление его интеллигентность, ум, доброта, взвешенный подход ко всем вопросам жизни и науки. Деятельность Горимира Горимировича была направлена на постоянное повышение научного уровня советской и российской научной периодики, в частности журнала "Механика жидкости и газа" (Известия АН СССР и РАН), в котором он четверть века был главным редактором. Научные достижения Горимира Горимировича получили высокую оценку. Он лауреат четырех Государственных премий СССР и РФ, премии Совета Министров СССР, дважды награжден самой престижной для отечественных аэродинамиков 1-й премией и Золотой медалью им. Н.Е. Жуковского, лауреат премий и медалей им. М.В. Ломоносова, С.А. Чаплыгина и Л.И. Седова. Его трудовая деятельность отмечена орденами "Трудового Красного Знамени", "Дружбы Народов", "Знак Почета" и "Орден Почета", золотой медалью ВДНХ. Пример жизни Горимира Горимировича, пришедшейся на один из самых сложных периодов в истории нашей страны, его достижения как ученого-механика, академика АН СССР и РАН, достойны огромного уважения и увековечивания, на что и был нацелен Всероссийский научный симпозиум по проблемам аэромеханики и газовой динамики, посвященный 100-летию со дня рождения Г.Г. Чёрного, прошедший в Институте механики МГУ в январе этого года. Начался симпозиум открытием мемориальной доски Горимиру Горимировичу в холле 2-го этажа Института. В ЦИАМ на здании, где трудился гениальный Руководитель “Лаборатории Чёрного”, мемориальная доска установлена в 2014 г.

Мешков Е.Е., Мокрецов Р.В., Новикова И.А., Седов С.Ю., Смагин И.Р. «О возможности развития неустойчивости поверхности купола всплывающего пузыря» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 6-11 (2023)

Представлены результаты экспериментов по исследованию устойчивости купола водяного пузыря, всплывающего в растворе соли, с регистрацией методом PLIF течения в плоскости, совпадающей с осью симметрии пузыря. Эксперименты демонстрируют возможность развития неустойчивости в окрестности полюса купола подобного пузыря в соответствии с ранее опубликованными результатами расчетного моделирования.

Мусихин А.Ю., Зубарев А.Ю. «К теории магнитоиндуцированных циркуляций в тромбированных каналах» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 12-21 (2023)

Предложена теоретическая модель и метод ее приближенного анализа для течений, индуцируемых бегущим магнитным полем в канале, заполненном немагнитной жидкостью и внедренной в нее каплей феррожидкости. Один конец канала предполагается закрытым (тромбированным). Цель работы – развитие научной основы магнитоиндуцированной интенсификации транспорта лекарств в тромбированных кровеносных сосудах.

Yan Z., Louste C., Fang J., Wu W. «Реконструкция трехмерных структур электрогидродинамических течений, индуцированных геометрией плоского лезвия» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 22-35 (2023)

Метод лазерной анемометрии по изображениям частиц (PIV-метод) возник как мощный инструмент для измерения полей электрогидродинамических (ЭГД) течений. Трехмерная (3D) структура ЭГД-течений, индуцированных некоторым актуатором в геометрии плоского лезвия, реконструируется в данной работе на основе серии измерений параллельных полей вдоль ножевого электрода. Вдоль электрода наблюдается неоднородное распределение интенсивности инжекции и скорости. При использовании набора тонко нарезанных слоев графиков в различных полях зрения в трехмерной декартовой системе координат становится очевидным, что приложенное напряжение, расположение и расстояние между электродами, а также поверхность электродов, как и их краевая неровность, оказывают исключительно сильное воздействие на структуру ЭГД-струй. Данные, полученные в настоящем исследовании, послужат дополнением к полной картине трехмерной структуры струи и могут быть широко использованы для стимулирования выбора подходящих положений вдоль ножевого электрода для исследования плоских профилей.

Логвинов О.А. «Сжимаемые течения с осциллирующими границами» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 36-46 (2023)

Рассматривается течение вязкой сжимаемой теплопроводной жидкости в плоском канале с жесткими осциллирующими стенками. Показано, что даже исчезающе малая сжимаемость может быть причиной зарождения резонанса – резкого увеличения амплитуды колебания параметров течения при правильно подобранной частоте колебания стенок. Приведено точное аналитическое выражение для ведущей резонансной частоты. Численные расчеты продемонстрировали возможность кумулятивного эффекта – резкого возрастания массового расхода течения даже при постоянном градиенте давлений.

Наврузов К., Шарипова Ш.Б. «Касательное напряжение сдвига при колебательном течении вязкоупругой несжимаемой жидкости в плоском канале» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 47-58 (2023)

Решены задачи о колебательном течении вязкоупругой несжимаемой жидкости в плоском канале при заданном гармоническом колебании расхода жидкости. Определена передаточная функция (амплитудно-фазовой частотной характеристики). С помощью этой функции определено влияние частоты колебаний ускорения и релаксационных свойств жидкости на отношение касательного напряжения сдвига на стенке канала к средней скорости по сечению канала. Показано, что вязкоупругие свойства жидкости, а также ее ускорение являются ограничивающими факторами для использования квазистационарного подхода. Найденные формулы для определения передаточной функции при течении вязкоупругой жидкости в нестационарном потоке позволяют определить диссипации механической энергии в нестационарном потоке среды, имеющие важные значения при расчете регулирования гидро- и пневмосистем.

Косинов А.Д., Кочарин В.Л., Ливерко А.В., Семенов А.Н., Семенов Н.В., Смородский Б.В., Толкачев С.Н., Яцких А.А. «Влияние малых углов атаки на возникновение турбулентности в сверхзвуковых пограничных слоях на стреловидных крыльях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 59-68 (2023)

Представлены новые (при числах Маха М=3 и 3.5) и обобщающие (для чисел Маха от 2 до 4) результаты экспериментальных исследований по влиянию малых углов атаки на ламинарнотурбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое стреловидного крыла с углом скольжения передней кромки 72°. Изменение угла атаки имело сильное влияние на числа Рейнольдса перехода. Получено уменьшение числа Рейнольдса перехода с ростом числа Маха. Измерения проводились термоанемометром постоянного сопротивления по отработанной процедуре для определения положения перехода. Впервые использован метод e^N для численной оценки чисел Рейнольдса перехода в сверхзвуковом пограничном слое стреловидного крыла с углом скольжения передней кромки 72°. Расчеты нарастания амплитуд стационарных и нестационарных мод поперечного течения в пограничном слое проводились по линейной теории устойчивости в рамках полной системы уравнений Лиза–Линя. Численные результаты говорят о том, что, по условиям экспериментов, ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое на модели стреловидного крыла определяется нарастанием стационарных мод неустойчивости поперечного течения.

Новиков А.В., Образ А.О., Тимохин Д.А. «Влияние выдува и отсоса газа на неустойчивость сверхзвукового пограничного слоя» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 69-76 (2023)

Представлены результаты исследования устойчивости пограничного слоя на плоской пластине с участком выдува/отсоса газа через стенку по нормали к поверхности при большом сверхзвуковом числе Маха набегающего потока. Численное моделирование ламинарного обтекания пластины с участком распределенного выдува/отсоса фиксированной интенсивности производится с помощью интегрирования уравнений Навье–Стокса. Неустойчивые возмущения в искаженном выдувом/отсосом пограничном слое анализируются в рамках линейной теории устойчивости и метода e^N для течений сжимаемого газа. Рассмотрены высокочастотные возмущения, относящиеся к плоской второй моде пограничного слоя, наиболее неустойчивые при высоких скоростях. Показано, что выдув/отсос газа приводит к немонотонному изменению инкрементов роста возмущений с появлением областей стабилизации/дестабилизации по сравнению со случаем без выдува/отсоса.

Зотикова П.В., Кучеров Н.А., Лепешинский И.А., Решетников В.А. «О решении обратной задачи расчета форсунки с газожидкостным двухфазным потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 77-82 (2023)

Рассматривается возможность решения обратной задачи расчета газожидкостной струйной форсунки с пузырьковой структурой двухфазного потока. Находятся параметры, определяющие работу форсунки (перепад давления, диаметр отверстия и концентрация воздуха), для заданного значения среднего диаметра Заутера. Для этого было проведено экспериментальное исследование работы смесителя с двухфазным рабочим телом с форсунками различного диаметра на пузырьковом режиме работы с водо-воздушным рабочим телом. В процессе эксперимента измерялись параметры подводимых к смесителю фаз (расходы, давления и температуры), а также давление перед форсунками. Дисперсные и скоростные характеристики в факеле распыла измерялись лазерным теневым методом. На основе собранной статистики была получена искомая корреляционная зависимость, позволившая решать данную задачу.

Моренко И.В. «Влияние начальной формы пузырька на динамику всплытия в неподвижной вязкой жидкости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 83-93 (2023)

Исследовано влияние формы одиночного пузырька в начальный момент времени на динамику всплытия в вязкой покоящейся жидкости. Рассматриваются пузырьки эллиптической формы с разным коэффициентом сжатия. Математическое моделирование процесса базируется на методе объема жидкости, который позволяет отслеживать эволюцию межфазной границы. Результаты расчета тестовых задач согласуются с данными других авторов, описанными в литературе. Получены формы межфазной поверхности, поля скорости, завихренности в процессе всплытия пузырьков в поле силы тяжести при числе Рейнольдса Re=35, числах Бонда Bo=10, 125. Основное внимание уделено режиму нестационарного движения. Показано, что скорость всплытия пузырька имеет один или два локальных максимума в зависимости от свойств сред. Установлено, что пузырьки, в начальный момент времени вытянутые вертикально, всплывают быстрее, чем вытянутые горизонтально.

Луцкий А.Е., Северин А.В. «Численное исследование влияния пористых элементов крыла на свойства сверхзвуковых концевых вихрей» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 94-102 (2023)

Исследовано влияние пористой законцовки крыла на формирование концевого вихря и его свойства при сверхзвуковом обтекании. Установлено, что пористая законцовка существенно влияет на структуру и параметры вихря, уменьшает его интенсивность.

Муллаянов А.И., Питюк Ю.А. «Оценка эффективности вытеснения масла мицеллярным раствором с добавлением наночастиц из насыпной модели пористой среды» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 103-110 (2023)

Представлены результаты лабораторных исследований особенностей фильтрационных процессов в физической модели пористой среды, полученной спеканием стеклянных шариков. Описана программа изготовления физических моделей, представлены результаты эффективности вытеснения вазелинового масла различными составами. В качестве агентов вытеснения рассматривались вода, минерализованная вода, мицеллярные растворы, наножидкости и мицеллярные растворы с добавлением наночастиц. На основе анализа изображений получены кривые изменения насыщенности модельной пористой среды вазелиновым маслом при вытеснении различными составами. Показано, что мицеллярные растворы с добавлением наночастиц являются наиболее эффективными агентами вытеснения масла по сравнению с другими представленными составами.

Слепышев А.А. «Генерация вертикальной тонкой структуры внутренними волнами на морском шельфе» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 111-124 (2023)

В приближении Буссинеска рассматриваются свободные внутренние волны при учете горизонтальной турбулентной вязкости и диффузии на двумерном течении в море постоянной глубины. В линейном приближении краевая задача для амплитуды вертикальной скорости имеет комплексные коэффициенты и решается численно по неявной схеме Адамса третьего порядка точности. Во втором порядке по амплитуде волны находятся вертикальная составляющая скорости стоксова дрейфа и вертикальные волновые потоки массы и соли. Указанные потоки приводят к генерации вертикальной тонкой структуры, которая имеет необратимый характер.

Ерофеев А.И., Русаков С.В. «Структура ударной волны в кислороде» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 125-136 (2023)

Представлены результаты численного изучения процессов релаксации в кислороде при высоких температурах. Столкновения частиц (атомов и молекул) описывается методами молекулярной динамики на основе траекторных расчетов в рамках классической механики. Дается описание комплекса программ для расчета релаксационных процессов в смесях высокотемпературных газов с участием внутренних мод, описывающих вращательное и колебательное движение в молекулах, диссоциацию молекул и рекомбинацию атомов в присутствии третьего тела. Процесс релаксации описан на примере изменения параметров в смеси атомарного и молекулярного кислорода с различными начальными температурами поступательных и внутренних мод. Приведены результаты расчетов структуры ударной волны в кислороде с максимальной поступательной температурой на фронте выше 5000–11000 К. Дано сопоставление с экспериментальными данными.