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

Теплофизика и аэромеханика

2013 год, номер 2

1.
Спонтанное образование вращающейся гравитационной волны в цилиндрическом баке при одновременном втекании и вытекании жидкости

А.И. Федорченко1,2, И. Стахив1, З. Травничек1
1Институт термомеханики АН Чешской республики, Прага, Чехия
2Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия
fedor@it.cas.cz
Ключевые слова: свободная поверхность, инерционно-гравитационная волна, вращающееся течение, слив жидкости
Страницы: 135-140

Аннотация >>
Приведены результаты экспериментального наблюдения явления спонтанного образования вращающейся гравитационной волны внутри цилиндрического бака при одновременном втекании и вытекании жидкости. Обнаружены и проиллюстрированы три режима течения внутри бака при постоянной скорости изменения уровня жидкости: 1) невращающееся течение, 2) невращающееся течение с капиллярной рябью возле стенок бака, 3) образование вращающейся гравитационной волны. Вращающаяся гравитационная волна закручивает жидкость в противоположном направлении. Каждый из режимов течения реализуется в определенном диапазоне диаметров сливного отверстия и высоты уровня жидкости в баке.


2.
О численном моделировании заглубления турбулентного слоя в устойчиво стратифицированной жидкости

О.Ф. Васильев1, Т.Э. Овчинникова1,2, Г.Г. Черных3,2
1Институт водных и экологических проблем СО РАН, Новосибирск
teonew@iwep.nsc.ru
2Новосибирский государственный университет, Новосибирск
teonew@iwep.nsc.ru
3Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
teonew@iwep.nsc.ru
Ключевые слова: математическое моделирование, турбулентность, анизотропия турбулентного обмена
Страницы: 141-152

Аннотация >>
Для описания процессов вертикального турбулентного обмена в устойчиво стратифицированном водоеме рассмотрены усовершенствованные численные модели, основанные на алгебраических представлениях рейнольдсовых напряжений и потоков и использовании дифференциального уравнения переноса дисперсии флуктуаций вертикальной компоненты скорости. Выполнено численное моделирование заглубления турбулентного слоя перемешанной жидкости в линейно стратифицированной среде под действием постоянного касательного напряжения. Результаты расчетов хорошо согласуются с известными экспериментальными данными и свидетельствуют о существенном влиянии анизотропии течения на его основные характеристики.


3.
Турбулентная свободная конвекция между вертикальными изотермическими пластинами с несимметричным нагревом

В.И. Терехов, А.Л. Экаид
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск
tеrekhov@itp.nsc.ru
Ключевые слова: свободная конвекция, параллельные пластины, турбулентный режим, несимметричный нагрев, теплообмен
Страницы: 153-164

Аннотация >>
Представлены результаты численного исследования течения и теплообмена при турбулентной свободной конвекции между вертикальными параллельными изотермическими пластинами с различными температурами. Температурный фактор изменялся в пределах RT = –2 ÷ 1. Число Рэлея варьировалось в диапазоне Ra = 107 ÷ 109, а соотношение геометрических размеров пластин и расстояний между ними было неизменным A = L/w = 10. Численные исследования проводились посредством решения двумерных уравнений Навье-Стокса и уравнения энергии в приближении Буссинеска. Рассматриваемая краевая задача имеет неизвестные условия на входе и на выходе между пластинами. Для описания турбулентности использовалась модифицированная низкорейнольдсовая k-ε модель. Проанализировано влияние температурного фактора на структуру течения в области входа и выхода из канала. Представленные данные по распределению скоростей и температур между пластинами, локальной и интегральной теплоотдаче позволяют глубже понять механизм процессов переноса между параллельными пластинами с асимметричным нагревом.


4.
Исследование поля течения в рабочей части аэродинамической трубы Т-313 при М = 7

В.И. Запрягаев, И.И. Мажуль, А.И. Максимов
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск
maksimov@itam.nsc.ru
Ключевые слова: аэродинамическая труба, плоское сопло, рабочая часть, гиперзвуковые числа Маха, неравномерность потока
Страницы: 165-180

Аннотация >>
Представлены результаты экспериментальных и расчетных исследований параметров поля течения в рабочей части сверхзвуковой аэродинамической трубы периодического действия Т‑313 ИТМП СО РАН при числе Маха М = 7. Рассмотрено распределение местных чисел Маха, температуры торможения, статического давления, углов скоса потока и других параметров течения в характерных сечениях рабочей части. Для сравнения приведены распределения чисел Маха в нескольких сечениях рабочей части при М = 5 и 6. Продемонстрирована реальная возможность использования в аэродинамической трубе Т-313 плоских сопловых вставок при М = 7 и проведения серийных экспериментов на данном режиме.


5.
Численное моделирование обтекания системы из двух стреловидных клиньев сжатия при М = 4 и 6

Ю.П. Гунько, И.И. Мажуль
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск
gounko@itam.nsc.ru
Ключевые слова: численные исследования, сверхзвуковые скорости, стреловидные клинья сжатия, скачки уплотнения, трехмерный отрыв пограничного слоя, взаимодействие отрывных течений
Страницы: 181-196

Аннотация >>
Обсуждаются результаты численного моделирования обтекания конфигурации из двух клиньев со стрело-видными передними кромками, расположенных на поверхности предварительного сжатия таким образом, что скошенные поверхности клиньев отклоняют сжимаемые ими потоки навстречу друг другу. Показано, что реализуется течение с нерегулярным взаимодействием в плоскости симметрии скачков уплотнения, формируемых стреловидными клиньями. Эти скачки также индуцируют трехмерные отрывы турбулентного пограничного слоя на клине предварительного сжатия. Потоки в отрывных зонах направлены к плоскости симметрии конфигурации и взаимодействуют между собой с образованием центральной «вспученной» зоны отрывного течения и характерным S-образным профилем скорости. Данные получены при числах Маха набегающего потока М = 4 и 6 на основе уравнений Навье-Стокса и k-w SST модели турбулентности с использованием пакета программ FLUENT. Рассмотрено также невязкое обтекание на основе уравнений Эйлера.


6.
Аэротермодинамический расчет теплового разрушения разгонного блока “Фрегат” при спуске в атмосфере Земли

А.А. Глазунов1, В.Д. Гольдин1, В.Г. Зверев1, С.Н. Устинов2, В.С. Финченко2
1НИИ прикладной математики и механики Томского государственного университета, Россия
zverev@niipmm.tsu.ru
2НПО им. С.А. Лавочкина, Химки, Московская обл
Ключевые слова: разгонный блок “Фрегат”, атмосфера Земли, траектория спуска, аэродинамический нагрев, топливные баки, давление паров, напряжения в оболочках
Страницы: 197-212

Аннотация >>
Разработана расчетная инженерная методика для исследования процесса теплового разрушения разгонного блока “Фрегат” при сходе с рабочей орбиты и спуске в атмосфере Земли. Приведены результаты расчета его траектории спуска и характеристик аэродинамического нагрева. В рамках термодинамического подхода исследован процесс повышении давления в баках за счет нагрева и испарения жидкой фазы топлива. Рассчитаны напряжения в оболочках, высота и энергетический эквивалент взрывного разрушения баков в зависимости от степени заполнения их остатками компонентов жидкого топлива.


7.
Особенности использования термоэлектрических преобразователей в системах терморегулирования космического применения

Н.П. Семена
Институт космических исследований РАН, Москва
semena@iki.rssi.ru
Ключевые слова: термоэлектрические модули, элементы Пельтье, термодинамические системы, системы обеспечения температурного режима космических аппаратов, системы термостабилизации полупроводниковых детекторов
Страницы: 213-224

Аннотация >>
В статье представлены результаты моделирования характеристик охладительной системы, сочетающей элемент Пельтье с радиатором-излучателем. Несмотря на достаточно широкое использование элементов Пельтье, характеристики такой системы не исследованы, поскольку в наземных условиях такое сочетание не встречается. Необходимость изучения параметров такого комбинированного охладителя возникла в связи с тем, что подобные системы планируются к использованию для термостабилизации детекторов в перспективном космическом телескопе ART-XC, который входит в состав российско-немецкой обсерватории «Спектр-РГ» и в мониторе СПИН-Х1-МВН, который будет установлен на МКС. Моделирование показало, что охладитель, состоящий из элемента Пельтье и радиатора-излучателя, обладает рядом необычных свойств из-за возникновения сложной обратной связи между ними.


8.
Плотность и тепловое расширение жидких сплавов системы Na–Pb с малым содержанием свинца

Р.А. Хайрулин1, С.В. Станкус2, Р.Н. Абдуллаев2
1Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск
kra@itp.nsc.ru
2Новосибирский государственный университет
Ключевые слова: сплавы натрий–свинец, расплав, плотность, тепловое расширение
Страницы: 225-228

Аннотация >>
Методом просвечивания образцов узким пучком гамма-излучения измерены плотность и коэффициенты теплового расширения жидких натрия и сплавов натрий–свинец (2,50; 5,00; 7,50; 9,99 и 21,03 ат. % Pb) в интервале температур от линии ликвидуса до 950 K. Погрешность измерения плотности оценивается в ±0,2-0,4 %. Построены температурные и концентрационные зависимости термических свойств жидкой системы Na–Pb.


9.
Моделирование многовихревой конвекции мелкодисперсных легирующих компонентов в ванне расплава под действием лазерного излучения

А.М. Гурин, О.Б. Ковалев
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск
guralisk@mail.ru
Ключевые слова: лазерное излучение, металл, плавление, термокапиллярная конвекция, мелкодисперсная примесь, математическое моделирование
Страницы: 229-238

Аннотация >>
Работа посвящена математическому моделированию и численному решению сопряженных задач микроконвекции, которая возникает под действием лазерного излучения в расплаве металла с поверхностно-активными тугоплавкими дисперсными компонентами, добавляемыми для модифицирования, упрочнения и легирования обрабатываемой поверхности. Получена многовихревая структура течения расплава, количество вихрей в которой зависит от изменения поверхностного натяжения, от температуры и мощности лазерного излучения. Особое внимание уделено численному моделированию поведения в расплаве подложки дисперсной примеси, состоящей из частиц порошка карбида вольфрама. Показана роль микроконвекции в распределении частиц порошка в поверхностном слое подложки после остывания.


10.
Моделирование лазерной сварки плоских деталей с использованием модифицирующих нанопорошков

А.Н. Черепанов1, В.П. Шапеев1,2
1Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Новосибирск
vshapeev@ngs.ru
2Новосибирский государственный университет
Ключевые слова: лазерная сварка металлов, фазовые переходы, кристаллизация, структура, модифицирующие нанопорошки, численное моделирование
Страницы: 239-253

Аннотация >>
Сформулирована математическая модель для описания теплофизических процессов при лазерной сварке металлических пластин для случая, когда в сварочную ванну введены модифицирующие наночастицы тугоплавких соединений (нанопорошковые инокуляторы — НПИ). Специально подготовленные наночастицы тугоплавких соединений служат центрами кристаллизации, т. е. фактически они являются экзогенными затравками, на поверхности которых группируются отдельные кластеры. Благодаря этому можно управлять процессом кристаллизации сплава и формированием его структуры, а следовательно, и свойствами сварного соединения. В качестве примера приведены результаты расчета процесса сварки встык двух пластин из алюминиевого сплава и стали. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных данных.


11.
Моделирование теплои массообмена в наращиваемом слое металла при лазерно-порошковой наплавке

Д.В. Беденко, О.Б. Ковалев
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск
dmtr.bedenko@gmail.com
Ключевые слова: лазерно-порошковая наплавка, двухфазная задача Стефана, подвижная криволинейная граница, математическое моделирование
Страницы: 255-265

Аннотация >>
Предложена физико-математическая модель расчета теплового состояния и формы наращиваемого слоя (валика) при лазерно-порошковой наплавке. Рассматривается трехмерная постановка двухфазной задачи типа Стефана с криволинейными подвижными границами, одна из границ — граница плавления-кристаллизации, а другая — граница наращиваемого слоя, где записываются законы сохранения из условия притока дополнительной массы и энергии. Для описания формы валика используется уравнение кинематической совместности точек поверхности, движение которой происходит за счет массы частиц порошка, поставляемых в пятно излучения. Для численного решения уравнений используется явная конечно-разностная схема на прямоугольной неравномерной сетке. Расчеты производятся сквозным счетом без явного выделения криволинейных границ с использованием модификации метода погруженной границы. Представлены результаты расчетов теплового состояния и формы поверхности образующегося валика в зависимости от физических параметров: начальной температуры подложки, интенсивности лазерного излучения, скорости наплавки, расхода порошка и т. д.