Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2012 номер 1

Настоящая работа объединяет экспериментальные данные, полученные с участием ее авторов, по управлению отрывным обтеканием моделей крыла при низких дозвуковых скоростях потока. Рассматриваются возможные способы сокращения размеров зоны отрыва с использованием нестационарных и стационарных гидродинамических возмущений. Результаты исследований, выполненных в нескольких аэродинамических трубах на тестовых моделях различного удлинения, показывают, что модифицировать обтекание крыла удается при возбуждении течения на его ограниченном участке, много меньшем трансверсального размера отрывной области. В основе такого подхода к управлению течением с отрывом ламинарного пограничного слоя ⎯ зависимость его крупномасштабной структуры от пространственно локализованных возмущений потока.

Исследована возможность использования простых физических моделей для описания свойств несжимаемого турбулентного пограничного слоя, формирующегося при обтекании проницаемой стенки при варьируемом значении микровдува воздуха. Показано, что масштаб скорости U_∞δ^*/δ₉₉ может успешно применяться для аппроксимации распределения скоростей во внешней области пограничного слоя. Использование указанного масштаба создает предпосылки для инвариантности профилей скорости относительно чисел Рейнольдса, что существенно облегчает процесс анализа экспериментальных данных, делая его независимым от условий формирования потока выше области измерений. Распределение скоростей в логарифмической области пограничного слоя над проницаемой поверхностью может описываться модифицированным законом стенки с константой C₀, равной соответствующему значению в каноническом пограничном слое, и с величиной K, являющейся слабой функцией параметра вдува.

Проведено численное исследование процесса входа ударной волны с числом Маха M_is = 2,03 и дальнейшего ее распространения в микроканале с использованием кинетического и континуального подходов. Численное моделирование на основе уравнений Навье−Стокса и метода прямого статистического моделирования проведено для различных чисел Кнудсена Kn = 8·10⁻³ и 8·10⁻², определенных по полувысоте микроканала. При числе Кнудсена Kn = 8·10⁻³ обнаружено усиление ударной волны после входа в микроканал. Далее вниз по течению происходит затухание ударной волны, что качественно согласуется с экспериментальными данными. Показано, что квазиодномерная модель (без учета вязкости и теплопроводности) распространения ударной волны по каналу с разрывом в поперечном сечении согласуется с численным моделированием на основе уравнений Эйлера. Для обоих случаев наблюдается ускорение (усиление) ударной волны после входа в микроканал. При числе Кнудсена Kn = 8·10⁻² проведено исследование влияния формы входа на распространение ударной волны по микроканалу. Обнаружено интенсивное затухание ударной волны в трех случаях: канал с разрывом поперечного сечения, соединение двух каналов с дополнительной тонкой разделительной пластиной, закругленное соединение в виде сектора с углом 90° (четверть окружности). Показано, что форма входа в микроканал может влиять на дальнейшее распространение ударной волны. При закругленном входе ударная волна распространяется с наибольшей скоростью.

С помощью метода конечных объемов численно моделировалось ламинарное смешанное конвективное течение (с учетом плавучести) в двумерном вертикальном канале с обратным уступом
с использованием наножидкостей как среды. Использовались различные типы наночастиц, такие как Au, Ag, Al₂O₃, Cu, CuO, алмаз, SiO₂ и TiO₂ с 5 % объемной долей. Поддерживалась равномерная температура стенки ниже по потоку от уступа, а на прямой стенке, которая образует другую сторону канала, поддерживалась постоянная температура, эквивалентная температуре жидкости на входе. Стенки вверх по потоку от уступа рассматривались как адиабатические поверхности. Высота уступа в канале составляла 4,9 мм, относительное расширение канала равнялось 1,942, а полная длина ниже по потоку от уступа ⎯ 0,5 м. На стенке вниз по потоку поддерживалась фиксированная равномерная температура в диапазоне 0 ≤ ΔT ≤ 30 °С, которая была выше, чем температура течения на входе. Рассматривались числа Рейнольдса в диапазоне 33,3 ≤ Re ≤ 100. Найдено, что непосредственно за уступом развивалась область рециркуляции, которая появлялась между кромкой уступа и на расстоянии нескольких миллиметров перед углом, который соединяет уступ со стенкой вниз по потоку. В зоне размером несколько миллиметров между областью рециркуляции и стенкой вниз по потоку развивалось течение в направлении, противоположном течению рециркуляции, которое смешивалось с нерециркуляционным течением и двигалось вдоль канала. Наблюдались два пика максимума и один пик минимума в числе Нуссельта вдоль нагретой стенки вниз по потоку. Сделан вывод, что наножидкость с Au имеет самый
высокий пик максимума числа Нуссельта, а наножидкость с алмазом имеет самый высокий пик минимума. Наножидкости с более высоким числом Прандтля имеют более высокий пик чисел Нуссельта после того, как исчезают отрыв и течение рециркуляции.

Проведено численное моделирование процесса легирования поверхности металла с помощью импульсного лазерного излучения. Оценивалось влияние интенсивности импульса на гидродинамику расплава и распределение легирующего вещества. Для материала подложки были использованы данные по железу, включая зависимость поверхностного натяжения от температуры расплава и концентрации примеси.

Построена и численно реализована математическая модель поля излучения в полупрозрачной среде, формирующегося под действием падающего коллимированного и диффузного излучения. Для решения задачи разработан подход на основе модифицированного метода средних потоков. Тестирование метода, проведенное путем сравнения с результатами других исследователей, подтвердило его надежность и высокую точность. В качестве примера проведен анализ влияния на поле излучения в водоемах различных факторов: собственного излучения среды, анизотропии рассеяния, отражательной способности дна.

Рассматриваются нестационарное обтекание и теплоотдача нагретого цилиндра, совершающего поперечные и продольные колебания в неограниченном потоке вязкой несжимаемой теплопроводной жидкости. Исследуются влияния амплитуды, частоты и направления гармонических колебаний цилиндра на структуру ближнего гидродинамического поля и теплопередачу.

Экспериментально исследована работа центробежного дискового вентилятора при атмосферном давлении воздуха. Предложены безразмерные параметры для обобщения экспериментальных данных по расходу и напору, а также метод расчета расходно-напорных и дроссельных характеристик с использованием полуэмпирических обобщающих формул. Метод обеспечивает достаточную точность расчетов, что подтверждается сопоставлением расчетных и экспериментальных данных для исследованного вентилятора.

Предложена модификация абсорбционного оптического метода для диагностики волновой пленки жидкости на поверхности вращающегося диска. Проведены аналитические и экспериментальные оценки погрешности метода. Выполнены полевые измерения толщины пленки жидкости на вращающемся диске.

Предложены модели теплопроводности пространственно-армированной волокнистой среды при общей анизотропии материалов компонент композиции, базирующиеся на условии равенства диссипации в эквивалентном материале и рассматриваемом композите. Проведено сравнение расчетных значений эффективных коэффициентов теплопроводности однонаправленно и перекрестно армированных композитов с экспериментальными данными; продемонстрировано удовлетворительное согласование расчетных и экспериментальных значений этих величин. Показано, что предложенные модели дают оценки сверху и снизу для расчетных значений эффективных коэффициентов теплопроводности волокнистой композиции.

В рамках двумерной нестационарной математической модели проведены численные расчеты электродугового нагрева и плавления анода. Рассмотрено влияние вязкого взаимодействия «плазма−расплав», сил поверхностного натяжения, электромагнитных сил и гравитационной конвекции на формирование гидродинамики расплава анода.

Найдено точное решение уравнений пограничного слоя для ламинарного конвективного факела от точечного источника тепла в жидкости со степенной зависимостью плотности от температуры.

30 января 2012 года исполнилось 60 лет известному ученому-теплофизику, доктору физико-математических наук, заместителю директора Института теплофизики СО РАН Сергею Всеволодовичу Станкусу.