Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2001 номер 3

В условиях модельного эксперимента в пограничном слое Блазиуса на плоской пластине исследованы характеристики локализованных в пространстве возмущений особого типа. Исследования выполнены в малотурбулентной дозвуковой аэродинамической трубе с использованием термоанемометрического метода регистрации возмущений. Показано, что в пограничном слое наряду с известными возмущениями (волнами или пакетами волн Толлмина — Шлихтинга, продольными локализованными структурами, или паффами, турбулентными пятнами, вихрями) могут присутствовать другие возмущения со строго определенными свойствами, которые определяются как "пассивные". Термин "пассивные" означает то, что возмущения не могут являться прямым источником турбулентности и не образуют в процессе своего развития другие возмущения (как, например, пафф-структуры, генерирующие при своем распространении пакеты волн Толлмина — Шлихтинга). Вместе с тем, они способны создать необходимые условия для роста возмущений других типов, например, вторичных высокочастотных колебаний, и, таким образом, косвенно участвовать в турбулизации течения. Рассматриваемые структуры могут использоваться для управления процессом ламинарно-турбулентного перехода, т. е. затягивать или, напротив, провоцировать его наступление путем воздействия на другие возмущения (пафф-структуры, зарождающиеся турбулентные пятна), ответственные за турбулизацию потока.

Работа посвящена экспериментальному исследованию восприимчивости трехмерного пограничного слоя на модели скользящего крыла к акустическим волнам в присутствии локализованных микроскопических неровностей поверхности. Исследования проведены в условиях контролируемых возмущений. Свойства возмущений, наблюдаемых в пограничном слое вниз по потоку от неровности, подробно изучены с помощью термоанемометра. С использованием процедуры разделения сигналов, в том числе их разложения на нормальные моды частотно-волнового спектра, возмущения, соответствующие волнам неустойчивости, отделены от сигналов, обусловленных самой акустической волной и возбуждаемой ей вибрацией. В отличие от предыдущих экспериментов показано, что акустические волны действительно преобразуются на неровностях поверхности в волны неустойчивости поперечного течения. С помощью экстраполяции полученных данных на положение неровности поверхности определены начальная амплитуда и фаза возбуждаемой нормальной моды неустойчивости и получена оценка комплексного коэффициента акустической восприимчивости течения.

Исследовано влияние структуры поверхности на свободномолекулярное течение газа в прямоугольном канале методом пробной частицы Монте-Карло. Показано, что так называемое сверхдиффузное рассеяние, наблюдаемое в ряде экспериментов по течению, является результатом неучета фактора шероховатости. Учет этого фактора приводит к удовлетворительному согласию расчетных и экспериментальных данных.

Проведено численное моделирование струи стационарного плазменного двигателя с использованием PIC-DSMC и PIC-MCC подходов, различающихся методами описания столкновительных процессов. Показано, что PIC-MCC подход обладает более высокой численной эффективностью. Получено хорошее совпадение результатов моделирования с данными измерений плотности ионного тока в струе двигателя СПД-100. Проведено сравнение способов описания взаимодействия струи с остаточным газом в вакуумной камере. На основе результатов численного моделирования исследовано возвратное течение медленных ионов в струе двигателя СПД-100.

Изучен спектральный состав возмущений, обнаруженных на начальном участке сверхзвуковой неизобарической струи экспериментальными методами, вычислены значения коэффициентов продольного усиления возмущений. На основе сравнения с расчетно-теоретическими данными сделан вывод о том, что в потоке реализуются продольно-вихревые возмущения Тейлора <!mdash!> Гертлера. Приводятся данные о влиянии чистоты обработки сопла на спектральный состав индуцируемых волн.

Исследована конденсация моносилана и его смеси с аргоном в диапазоне давлений торможения 10 - 300 кПа при адиабатическом расширении в свободной сверхзвуковой струе. Использована масс-спектрометрическая диагностика в импульсных молекулярных пучках, сформированных из свободных сверхзвуковых струй, что значительно расширило диапазон расходов и давлений в газовых источниках по сравнению с установками непрерывного действия. Изучен состав потока в зависимости от параметров торможения. В конденсирующих потоках смеси аргон моносилан зарегистрированы осколки кластеров аргона, моносилана (вплоть до пентамеров), а также ионы смешанных кластеров вида Ar(SiH_n;)_m;⁺; и Ar_k;SiH_n;⁺;Ar_k;, k, m и n целые числа. Определены условия истечения, позволяющие получать смешанные аргон-силановые комплексы. Обнаружено, что рост давления торможения приводит к изменению соотношения интенсивностей пиков аргона и силанов, обусловленному, по-видимому, изменением состава кластеров.

Разработана методика оценки случайной погрешности определения параметров пространственного потока с помощью многоканальных пневмометричеких зондов. Показано, что использование оптимальной схемы измерения давления позволяет существенно снизить инструментальную погрешность определения параметров потока.

В гидродинамической постановке рассмотрена двумерная стационарная структура течения в пленке горючей жидкости на теплопроводной подложке при распространении тепловой волны, связанной с фронтом горения. Проанализирован физический механизм формирования данной структуры. Показано, что основная роль в нем принадлежит термокапиллярной силе. Обоснован вывод о том, что существование стационарного режима возможно лишь при достаточно низких значениях градиента температуры на поверхности пленки. Получено критическое условие, определяющее стабильность данного режима.

Найдены нелинейное распределение концентраций смеси и величина стационарного конвективного потока, характеризующие смешение газовых компонентов в системе двух колб, соединенных двумя вертикальными каналами. Значение потока определяется трансцендентным уравнением, единственный параметр которого является некоторым аналогом числа Рэлея . Условие возникновения конвекции неравенство 96 = _cr. Для > (2 - 3)_cr выведено предельное значение безразмерного расхода, который стремится к величине (/16 - 2).

Скорость звука в HFC-227еа (1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана) определена методом ультразвукового интерферометра в жидкой и газовой фазах в интервале температур от 273 до 393 K и давлений от 0,005 до 3,5 <!ndash!> 4,0 МПа на образцах с чистотой не хуже 99,99 мол. %. Погрешности измерения температуры и давления не превышали 0,02 K и 0,2 <!ndash!> 1,5 кПа. Погрешности полученных данных о скорости звука при P > 0,1 МПа не превышают 0,1 <!ndash!> 0,15 %, а при P < 0,05 МПа составляют около 0,2 %. По данным о скорости звука рассчитана изобарная теплоемкость HFC-227еа в идеально-газовом состоянии.

Предложен численный алгоритм определения температуры и излучательной способности по зарегистрированному спектральному распределению интенсивности излучения свободно излучающих нагретых тел либо изотермической системы поверхностей. Алгоритм использует специальное начальное приближение и последовательно уточняет вид параметрической зависимости излучательной способности от длины волны, переходя от линейной к более сложным зависимостям, нелинейным по длине волны и параметрам. При этом для каждой новой зависимости уточняется и соответствующая температура. Алгоритм апробирован на данных, полученных с помощью экспериментальных зависимостей нормальной излучательной способности от длины волны для вольфрама, тантала, молибдена, ниобия и циркония, а также для изотермической вольфрамовой полости. Проведена численная оценка устойчивости алгоритма при возмущении таких данных модельными случайными ошибками, по уровню близкими к экспериментальным.

Представлены результаты численного расчета формирования температурного распределения и радиационных потоков при плавлении и затвердевании плоского слоя полупрозрачной среды в зависимости от отражения и изотропного рассеяния излучения. Для расчета радиационного теплообмена использован алгоритм на основе метода средних потоков.

Выполнено численное моделирование работы детонационного МГД-генератора с Т-слоем при больших давлениях в канале. Показано, что поглощение излучения внутри Т-слоя приводит к значительному изменению характеристик слоя, увеличению удельной мощности и КПД генератора.