Издательство СО РАН

Издательство СО РАН

Адрес Издательства СО РАН: Россия, 630090, а/я 187
Новосибирск, Морской пр., 2

soran2.gif

Baner_Nauka_Sibiri.jpg


Яндекс.Метрика

Поиск по журналу

Прикладная механика и техническая физика

2007 год, номер 3

1.
Газодинамическая аналогия для вихревых течений со свободной границей

В. М. Тешуков
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
teshukov@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: длинноволновое приближение, сдвиговое течение,
Страницы: 8-15

Аннотация >>
Классические уравнения теории мелкой воды, описывающие распространение длинных волн на потоке без сдвига скорости по вертикали, совпадают с уравнениями, описывающими изоэнтропическое движение политропного газа при показателе политропы γ = 2 (в теории волновых движений жидкости этот факт называют газодинамической аналогией). Выведена новая математическая модель теории длинных волн, описывающая сдвиговые течения жидкости со свободной границей. Показано, что в случае одномерного движения уравнения новой модели совпадают с уравнениями, описывающими неизоэнтропические движения газа при специальном выборе уравнения состояния, а в многомерном случае новая система уравнений длинных волн существенно отличается от модели движения газа. В общем случае установлено, что полученная система уравнений является системой гиперболического типа. Найдены скорости распространения волновых возмущений.


2.
Задача о равновесии свободной неизотермической пленки жидкости

В. В. Пухначев
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
pukhnachev@gmail.com
Ключевые слова: свободная поверхность, термокапиллярный эффект, длинноволновое приближение, стационарные решения
Страницы: 16-29

Аннотация >>
Исследуется равновесие свободной невесомой пленки жидкости, закрепленной по плоскому контуру и подверженной действию термокапиллярных сил. Закономерности поведения свободных жидких пленок важны для понимания процессов, происходящих в пенах. Уравнения равновесия неизотермической невесомой свободной пленки выведены в двух предельных случаях: температура пленки считается известной функцией координат; свободная поверхность пленки теплоизолирована. В плоском и осесимметричном случаях найдены условия существования решений возникающих нелинейных краевых задач и изучены их свойства. В общем случае получено приближенное решение задачи о равновесии при условии малости аналога числа Марангони.


3.
Оптимизация форм препятствий, обтекаемых с отрывом струй

В. Н. Монахов, Е. В. Губкина*
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
*Горно-Алтайский государственный университет, 649000 Горно-Алтайск; kmath@gasu.ru
Ключевые слова: конформные отображения, свободная граница, кавитация, оптимальное управление, форма тела
Страницы: 30-39

Аннотация >>
В рамках модели идеальной несжимаемой жидкости изучены вопросы разрешимости задач оптимального управления формой сопла при истечении из него жидкости со свободной границей с учетом и без учета силы тяжести (внутренняя аэродинамика), а также задач оптимизации формы обтекаемого препятствия с отрывом струй (внешняя аэродинамика). Исследованы качественные свойства таких течений.


4.
О спонтанной закрутке в осесимметричных МГД-течениях с замкнутыми линиями тока идеально проводящей жидкости

М. С. Котельникова, Б. А. Луговцов
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
kotelnikova@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: осесимметричный МГД-вихрь, устойчивость, численный расчет, спонтанная закрутка
Страницы: 40-50

Аннотация >>
В линейной постановке численно определяется область неустойчивости вязкого МГД-вихря Хилла—Шафранова по отношению к азимутальным осесимметричным возмущениям поля скорости в зависимости от числа Рейнольдса и замагниченности. Рассматривается приближенная постановка задачи линейной устойчивости для МГД-течений с круговыми линиями тока. Дальнейшая эволюция возмущений в закритической области исследована на основе нелинейной аналоговой модели (упрощенная исходная система уравнений, учитывающая некоторые существенные свойства исходных уравнений). Для этой модели определены вторичные течения, возникающие в результате потери устойчивости.


5.
Особенности динамики и излучения одиночного пузырька в условиях аномальной сжимаемости пузырьковой жидкости

В. К. Кедринский
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
kedr@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: динамика, излучение, одиночный пузырек, аномальная сжимаемость
Страницы: 51-57

Аннотация >>
Предложено уравнение пульсации одиночной полости в аномально сжимаемой равновесной по давлению пузырьковой жидкости, состояние которой описывается уравнением Ляхова. В равновесном случае это уравнение существенно упрощается. Выполнен численный анализ особенностей динамики пузырька и акустических потерь (профиля и амплитуды волны излучения, которая генерируется на стенке пузырька со стороны жидкости). Показано, что по мере увеличения объемной концентрации газа k0 в равновесной пузырьковой среде степень сжатия полости стационарной ударной волной понижается, а ее колебания существенно уменьшаются и уже при k0 = 3% исчезают. При этом полость в процессе сжатия асимптотически выходит на равновесное состояние, которое не зависит от значения k0, а определяется только амплитудой ударной волны. Профиль волны излучения принимает форму “солитона”, амплитуда которого существенно меньше, а ширина существенно больше по сравнению с соответствующими параметрами в однофазной жидкости.


6.
Ударные волны в воде с пузырьками фреона-12 с образованием гидрата газа

В. Е. Донцов, В. Е. Накоряков, А. А. Чернов
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 630090 Новосибирск;
dontsov@itp.nsc.ru
Ключевые слова: ударная волна, газожидкостная среда, дробление, растворение, гидратообразование
Страницы: 58-75

Аннотация >>
Экспериментально исследованы эволюция и отражение от твердой стенки ударной волны в газожидкостной среде, в которой имеют место процессы растворения и гидратообразования. Показано, что процессы растворения и гидратообразования за фронтом ударной волны умеренной амплитуды обусловлены дроблением газовых пузырьков, приводящим к резкому увеличению площади межфазной поверхности и уменьшению размера газовых включений. Исследованы механизмы гидратообразования за фронтом волны. Выполнен теоретический анализ процесса гидратообразования за фронтом ударной волны со ступенчатым профилем.


7.
Исследование ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое на конусах в гиперзвуковом потоке при больших единичных числах Рейнольдса

А. А. Васильев1,2, В. Н. Рычков1,2, М. Е. Топчиян1,2
1Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск.
2Новосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск;
topch@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: гиперзвуковой поток, обтекание конуса, ламинарно-турбулентный переход, большие числа Рейнольдса
Страницы: 76-83

Аннотация >>
Экспериментально исследован ламинарно-турбулентный переход течения в пограничном слое на конусах с прямоугольным осесимметричным уступом, расположенным в донной части конуса, и без него. Эксперименты проводились на двухступенчатой поршневой газодинамической установке А-1 с адиабатическим сжатием рабочего газа при числах Маха на срезе сопла M∞ = 12÷14 и рабочем давлении в форкамере P0 =60÷ 600 МПа. При этих значениях параметров вблизи поверхности конуса воспроизводилось единичное число Рейнольдса Re1e = (53÷200)·106 м-1. Переход реализовывался при числах Рейнольдса Retr = (2,3÷5,7)·106.


8.
Численное моделирование восприимчивости гиперзвукового ударного слоя к акустическим возмущениям

А. А. Маслов, А. Н. Кудрявцев, С. Г. Миронов, Т. В. Поплавская, И. С. Цырюльников
Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН,
630090 Новосибирск; maslov@itam.nsc.ru, alex@itam.nsc.ru, mironov@itam.nsc.ru,
popla@itam.nsc.ru, tsivan@ngs.ru
Ключевые слова: прямое численное моделирование, уравнения Навье—Стокса, гиперзвуковой ударный слой, акустические возмущения
Страницы: 84-91

Аннотация >>
Выполнено прямое численное моделирование эволюции возмущений в вязком ударном слое на плоской пластине при числе Маха набегающего потока M∞ = 21 и числе Рейнольдса ReL = 1,44·105. С использованием схемы сквозного счета высокого порядка точности решены нестационарные уравнения Навье—Стокса. Исследованы процессы восприимчивости и развития неустойчивости при возбуждении ударного слоя внешними акустическими волнами. Показано, что данные прямого численного моделирования хорошо согласуются с результатами, полученными по линейной локально-параллельной теории устойчивости (с учетом влияния ударной волны), и экспериментальными измерениями, проведенными в гиперзвуковой аэродинамической трубе. Обсуждаются механизмы преобразования внешних возмущений в волны неустойчивости в гиперзвуковом ударном слое.


9.
Математическое моделирование движения импульса концентрации гелия по колонке, заполненной ценосферами

А. С. Верещагин, С. Н. Верещагин*, В. М. Фомин
Институт теоретической и прикладной механики
им. С. А. Христиановича СО РАН, 630090 Новосибирск
*Институт химии и химической технологии СО РАН, 660049 Красноярск
Ключевые слова: механика многофазных сред, математическое моделирование, разделение газов
Страницы: 92-102

Аннотация >>
Построена математическая модель и получено аналитическое решение задачи об одномерном стационарном течении смеси разнородных газов с полыми проницаемыми частицами. Случай одномерного нестационарного течения такой смеси анализируется численно. Результаты численного решения сопоставлены с экспериментальными данными по движению пика концентрации гелия в хроматографической колонке, заполненной ценосферами (твердыми полыми проницаемыми сферическими частицами). Определены значения коэффициентов проницаемости стенок ценосфер и коэффициента сопротивления среды ценосфер потоку газа.


10.
Квазиустановившиеся течения в жидкой пленке в газе: Сравнение двух методов описания волн

О. В. Воинов
Тюменский филиал Института теоретической и прикладной механики
им. С. А. Христиановича СО РАН, 625000 Тюмень; o.v.voinov@mtu-net.ru
Ключевые слова: вязкая несжимаемая жидкость, капиллярные силы, поверхностное натяжение, пленка в газе, волновая динамика
Страницы: 103-111

Аннотация >>
Рассмотрено движение в газе тонких пленок вязкой несжимаемой жидкости под действием капиллярных сил. Поверхностное натяжение зависит от концентрации поверхностно-активной примеси, жидкость нелетучая. Движение описывается известной моделью квазиустановившегося вязкого течения в пленке. Решения для линейных волн сопоставлены с решением в рамках уравнений Навье—Стокса. Изучены ситуации, когда существует решение, близкое к невязкому двумерному, и в случае большой длины волны возможно появление звуковых волн в пленке, обусловленное упругостью поверхности по Гиббсу. Изучено поведение точных решений вблизи области применимости асимптотических уравнений, получены немонотонные зависимости характеристик волны от волнового числа.


11.
О возможности снижения пробивного действия кумулятивных зарядов в магнитном поле

С. В. Федоров, А. В. Бабкин, С. В. Ладов, Г. А. Швецов*, А. Д. Матросов*
Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана, 105005 Москва
*Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
shvetsov@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: взрыв, кумулятивный заряд, пробивное действие, магнитное поле
Страницы: 112-120

Аннотация >>
Рассмотрена возможность снижения пробивного действия кумулятивных зарядов посредством создания перед преградой магнитного поля с ориентацией линий индукции вдоль оси заряда. Исследование задачи проводится на основе результатов экспериментов, в которых при создании магнитного поля в облицовке кумулятивного заряда перед его подрывом зафиксировано резкое снижение пробивного действия или его отсутствие. Для определения изменения магнитной индукции в облицовке кумулятивного заряда при его движении в магнитном поле использована расчетная схема двух проводящих соосных цилиндрических оболочек, соответствующих корпусу и облицовке заряда, в предположении постоянства плотности индукционных токов по толщине оболочек. На поверхности внешней оболочки задавалось продольное магнитное поле, закон изменения которого выбирался в зависимости от пространственного распределения поля перед преградой и скорости движения заряда. Проведены оценки интенсивности магнитного поля, при создании которого можно рассчитывать на существенное снижение пробивного действия кумулятивных зарядов различного диаметра.


12.
Численное моделирование движения плазмы в магнитном поле. Двумерный случай

В. Т. Астрелин, В. М. Ковеня*, Т. В. Козлинская**
Институт ядерной физики им. Г. М. Будкера СО РАН, 630090 Новосибирск
*Институт вычислительных технологий СО РАН, 630090 Новосибирск
**Новосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск;
kovenya@ict.nsc.ru, ktv-sun@mail.ru
Ключевые слова: физика плазмы, разностная схема, метод расщепления, математическое моделирование
Страницы: 121-132

Аннотация >>
Рассмотрена модель динамики и нагрева сгустка плазмы в магнитном поле в двухтемпературном приближении. На основе неявной разностной схемы типа предиктор-корректор проведено численное моделирование разлета плазменного облака во внешнем магнитном поле и выполнена оценка влияния этого поля на динамику разлета.


13.
Исследование процесса компактирования медного нанопорошка

С. П. Киселев
Институт теоретической и прикладной механики
им. С. А. Христиановича СО РАН, 630090 Новосибирск; kiselev@itam.nsc.ru
Ключевые слова: наноячейка, пора, медь, молекулярная динамика, давление, температура, энергия
Страницы: 133-141

Аннотация >>
Методом молекулярной динамики решена задача о затекании пор в наноячейке меди под действием внешней нагрузки, создаваемой сферическим поршнем. В результате расчетов показано, что наноячейка меди является неустойчивой системой. Малые возмущения, создаваемые при движении поршня, приводят к затеканию пор под действием силы поверхностного натяжения и выделению значительной тепловой энергии. После затекания пор исходная кристаллическая структура наночастиц нарушается и приобретает аморфную структуру. При сжатии наноячейки с большой скоростью возникает метастабильное состояние с сильно искаженной кристаллической решеткой, которое переходит в аморфное состояние с выделением значительного количества тепла.


14.
Газодинамические коллайдеры: численное моделирование

Р. В. Мальцев, А. К. Ребров
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, 630090 Новосибирск;
roman@itp.nsc.ru, rebrov@itp.nsc.ru
Ключевые слова: сверхзвуковой поток, встречное течение, неравновесные процессы, ударный слой, струя, температура, разделение, коллайдер, метод Монте-Карло
Страницы: 142-151

Аннотация >>
При столкновении в вакууме стационарных ограниченных по сечению сверхзвуковых потоков смесей газов с существенно различающимися молекулярными массами происходит формирование облака с повышенной концентрацией и повышенной температурой тяжелого газа. В некоторых условиях определяющим оказывается столкновение молекул тяжелого газа при сжатии его в центре столкновения потоков. Генератор такого течения можно назвать коллайдером. Приведены результаты исследования течения в струйном, цилиндрическом и смешанном двухступенчатом коллайдерах. Основное внимание уделено разделению газов по энергии и составу.


15.
Математические модели природоохранного прогнозирования

В. В. Пененко, Е. А. Цветова
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН,
630090 Новосибирск; penenko@sscc.ru
Ключевые слова: долгосрочное прогнозирование, загрязнение природной среды, гидродинамика атмосферы, климат, математическое моделирование, ортогональная декомпозиция многомерных полей
Страницы: 152-163

Аннотация >>
Предложена методика экологического прогнозирования с учетом климатических факторов. С этой целью из многомерных многокомпонентных баз данных, содержащих информацию о функциях состояния, описывающих атмосферные процессы за длительный срок, с помощью ортогональной декомпозиции выделяется совокупность подпространств, ранжированных по масштабам возмущений. Лидирующая часть подпространств, учитывающих процессы климатического масштаба, составляет информативный базис для формирования гидродинамического фона при расчете прогностических сценариев изменения качества атмосферы. Приведены результаты сценарных расчетов по оценке риска загрязнения атмосферы в регионе Дальнего Востока России и на сопредельных территориях Китая и Кореи.


16.
Модель деформирования хрупких материалов и структура волн разрушения

Е. И. Роменский
Институт математики им. С. Л. Соболева СО РАН, 630090 Новосибирск;
evrom@math.nsc.ru
Ключевые слова: неупругое деформирование хрупких материалов, волны разрушения, структура ударной волны
Страницы: 164-172

Аннотация >>
Предложены определяющие уравнения для моделирования неупругих деформаций хрупких материалов, позволяющие описывать волны разрушения, существование которых установлено экспериментально. Полная система уравнений является гиперболической, каждое уравнение этой системы имеет дивергентную форму. В основе модели лежит предположение о том, что процесс континуального разрушения представляет собой переход из неповрежденного состояния в “полностью поврежденное”, который описывается с помощью кинетики параметра порядка. На основе упрощенной модели проанализирована структура стационарных бегущих волн сжатия. Показано, что в некотором диапазоне амплитуды волна расщепляется на упругий предвестник и собственно волну разрушения.


17.
Моделирование процесса деформирования горных пород с неровными поверхностями контакта блоков в условиях квазистатического и динамического нагружения

Б. Д. Аннин, Е. В. Карпов
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
annin@hydro.nsc.ru, evkarpov@mail.ru
Ключевые слова: блочная среда, прослойки, эксперимент, численное моделирование
Страницы: 173-178

Аннотация >>
Приведены результаты экспериментального исследования влияния прослоек, состоящих из мелких частиц, или неровностей на поверхностях контакта на деформирование блочной среды в целом и разрушение блоков, из которых она состоит. Образцы подвергались нагружению квазистатическим одноосным сжатием перпендикулярно поверхностям контакта. Проводится численное моделирование распространения волн при импульсном нагружении пары блоков с неровными поверхностями контакта, выполненных из материала, имеющего упругие характеристики, близкие к характеристикам мраморов и известняков.


18.
Сведение трехмерной задачи теории упругости к двумерной на основе аппроксимации напряжений и смещений полиномами Лежандра

Ю. М. Волчков, Л. А. Дергилева
Институт гидродинамики им. М. А. Лаврентьева СО РАН, 630090 Новосибирск;
volk@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: уравнения теории оболочек, полиномы Лежандра, упругий криволинейный слой
Страницы: 179-191

Аннотация >>
Построены уравнения теории оболочек в ортогональной криволинейной системе координат с использованием аппроксимации напряжений и смещений полиномами Лежандра. Порядок полученной системы дифференциальных уравнений не зависит от того, задаются ли на лицевых поверхностях оболочки напряжения, смещения или их линейная комбинация, что обеспечивает корректную формулировку условий на этих поверхностях как в перемещениях, так и в напряжениях. Это позволяет с использованием условий сопряжения перемещений и напряжений на контактных поверхностях построить систему дифференциальных уравнений слоистых оболочек.


19.
Антиплоская деформация при больших поворотах элементов тела

В. Д. Бондарь
Новосибирский государственный университет, 630090 Новосибирск;
bond@hydro.nsc.ru
Ключевые слова: перемещение, деформации Альманси, повороты, напряжения Коши, упругий потенциал, нелинейность, краевая задача
Страницы: 191-198

Аннотация >>
Исследована антиплоская деформация цилиндрического упругого тела при больших поворотах элементов тела в отсутствие объемных сил при задании поверхностной нагрузки. Установлен вид упругого потенциала, допускающего подобную деформацию. Напряжения, деформации и перемещение выражены через давление и две независимые деформации, давление — через линейный инвариант деформации. Для деформаций и перемещения сформулированы нелинейные краевые задачи и указаны условия их эллиптичности. Преобразованием переменных для перемещения получена линейная задача. Приведен пример определения перемещения.