Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2002 номер 3

Описана разработанная в ИТПМ СО РАН база данных, предназначенная для хранения как экспериментальных, так и численных результатов в области аэродинамики. Система построена по технологии клиент ѕ сервер. Программные средства работают на различных платформах (Linux, Windows). Приведено сопоставление экспериментальных данных с результатами численного моделирования, выполненное с использованием предлагаемой системы.

Проанализированы особенности диаграмм пульсаций при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях потока для акустических возмущений, распространяющихся под некоторым углом к потоку. Показано, что положение минимума диаграммы пульсаций для акустической моды зависит от направления распространения акустических волн, причем диаграмма либо является отрезком прямой, либо состоит из двух отрезков в виде буквы V вершиной на оси абсцисс. При дозвуковых скоростях потока точка пересечения диаграммы пульсаций для акустической моды с осью абсцисс всегда расположена дальше от начала координат, чем аналогичная точка для вихревой моды. При сверхзвуковых скоростях потока наблюдается обратная картина. Получены соотношения, связывающие характеристики диаграмм пульсаций с характеристиками акустических возмущений. Установлено, что V-образные диаграммы пульсаций при сверхзвуковых скоростях соответствуют движущимся в потоке источникам акустических возмущений только при дозвуковой разности скоростей потока и источников. Линейная диаграмма пульсаций в случае, когда координата точки пересечения продолжения диаграммы с осью абсцисс отрицательна, может соответствовать как дозвуковой, так и сверхзвуковой разности скоростей потока и источников.

На основе решения задачи аэроупругости численно исследуются колебания газа, возникающие в плоском канале при возбуждении участка стенки. В результате расчетов выявлена пространственная локализация поперечных и продольных волн и установлен характер спектров мощности колебаний давления вверх и вниз по потоку относительно области возбуждения.

Представлены результаты экспериментальных исследований релаксационных свойств несжимаемого турбулентного пограничного слоя на плоской пластине, возмущенного поперечно обтекаемым круговым цилиндром D/δ₀ = 0,117 на поверхности пластины, в условиях воздействия неблагоприятного продольного градиента давления. Анализируется эволюция профилей средней скорости, интегральных характеристик неравновесного по Клаузеру пограничного слоя и продольной компоненты пульсаций скорости вниз по потоку от источника возмущений. Выявлены особенности развития неравновесного сдвигового течения, связанные с протяженностью неравновесной области и темпом релаксации как средних, так и пульсационных параметров потока.

Исследована восприимчивость пограничного слоя с положительным (неблагоприятным) градиентом давления на плоской пластине к трехмерным локализованным вибрациям поверхности. Эксперимент проводился в условиях контролируемых возмущений с использованием двух источников волновых поездов в виде круговых вибраторов. Проведено разложение волновых поездов (состоящих из волн Толлмина ѕ Шлихтинга) на наклонные нормальные (гармонические во времени и в пространстве) моды. Кривые нарастания амплитуд и фаз нормальных мод, полученные при использовании основного источника, экстраполировались в положение его центра с использованием соответствующих кривых, полученных с помощью дополнительного (расположенного выше по потоку) источника. Форма и амплитуда колебаний поверхности вибратора с высокой точностью измерены с помощью бесконтактной оптической системы. После углубленной обработки экспериментальных данных определены комплексные коэффициенты восприимчивости пограничного слоя к трехмерным вибрациям поверхности как функции поперечного волнового числа и угла наклона волны к потоку для четырех значений частоты возмущения. Расчеты проведены в рамках линейной теории восприимчивости для условий экспериментов в приближении локальной параллельности течения. Установлено хорошее согласование экспериментальных и расчетных коэффициентов восприимчивости. Показано, что исследуемое течение существенно более восприимчиво к трехмерным вибрациям поверхности по сравнению с двумерными. Амплитуда восприимчивости нарастает с частотой, и особенно для мод, наклоненных под большими углами к направлению потока. Найдено, что положительный градиент давления приводит к уменьшению вибрационной восприимчивости, особенно для трехмерных мод.

Проведенный анализ параметров, задаваемых при решении задачи об интерференционном взаимодействии податливой границы с вязким подслоем, показал сильную зависимость рассчитываемой фазочастотной области положительного действия (ФЧОПД) границы (т. е. области, в которой реализуется снижение турбулентного трения) от профиля средней скорости и структуры флуктуаций (волновой скорости и отношения трансверсальной и продольной флуктуаций скорости). Поэтому уточненные аппроксимации экспериментальных данных для этих параметров использованы при выполнении новых численных исследований действия вязкоупругих покрытий на пристенную турбулентность. Отмечено, что увеличение числа Рейнольдса (определенного для начала покрытия) ведет к уменьшению ФЧОПД, а это свидетельствует о целесообразности минимизации абсциссы начала покрытия. Показано, что вследствие увеличения песочной шероховатости поверхности до k⁺_s≥20 ФЧОПД по сути вырождается и верхний предел шероховатости, допустимый для снижения турбулентного трения вязкоупругим покрытием составляет k⁺_s≈13. Отмечено, что увеличение отрицательного градиента давления в потоке расширяет ФЧОПД податливой границы, а увеличение положительного градиента давления уменьшает ее. Рекомендовано использовать вязкоупругие покрытия в комбинации с другими средствами уменьшения турбулентного трения, утолщающими вязкий подслой и расширяющими ФЧОПД податливой границы.

Проведено моделирование работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя на основе численного решения уравнений Эйлера в "каналовом" приближении. Подвод энергии осуществляется в импульсном периодическом режиме. Исследованы условия выхода течения на квазистационарный режим. Получены зависимости удельной силы от мощности подвода энергии, размеров и положения соответствующей зоны для числа Маха на входе в канал М = 5. Дано сравнение с режимом непрерывного полного сгорания водорода.

Изучена технология адиабатизации пограничного слоя вихревого потока над плоскостью с произвольным распределением окружной скорости по радиусу. Экспериментальные исследования подтверждают снижение величины плотности теплового потока, что позволяет рассматривать вихревой поток как средство тепловой защиты поверхностей теплообмена.

Исследуется теплообмен на внутренней поверхности сверхзвукового канала с последовательно расположенными кавернами. Данные экспериментов показывают сильное влияние каверн на распределение коэффициентов теплообмена, появление зон с пиковыми тепловыми нагрузками и повышение уровней теплообмена в протяженных областях между кавернами и вниз по потоку. В рамках интегрального метода расчета теплообмена используется модельная функция влияния локальных градиентов давления на турбулентный перенос. Результаты расчетов свидетельствуют о воспроизведении темпа релаксационных процессов за скачками уплотнения и волнами разрежения. Подтверждается сохранение достаточно сильного влияния турбулентного переноса в областях течения, подверженных воздействию волн разрежения.

Разработаны динамическая тепловая математическая модель в сосредоточенных параметрах, вычислительный алгоритм, программное обеспечение, и представлены некоторые результаты численных расчетов процессов радиационно-кондуктивного теплообмена в блочно-модульной конструкции негерметичного приборного отсека перспективных долгоресурсных космических аппаратов связи и телекоммуникаций в условиях эксплуатации на геостационарной орбите.

На основе анализа системной экономии топлива показано, что парогазовая технология реконструкции пылеугольной ТЭЦ является энергосберегающей. Разработана методика, и получены формулы для оценки системной экономии топлива. Установлено, что наибольшая экономия топлива в системе достигается при более высокой степени бинарности и полном покрытии теплового графика нагрузки для режимов без пикового водогрейного котла.

Предложена физико-математическая модель движения жидкого газа и мелких частиц льда в рамках односкоростного однотемпературного приближения механики неравновесных гетерогенных сред. На ее основе рассмотрена проблема транспортировки смеси на большие расстояния. Дана оценка влияния неравновесности процесса плавления льда на параметры течения, и определены расстояния между насосно-холодильными станциями, необходимые для работы криогенного трубопровода.

Численно анализируются задачи вытеснения несмачивающей жидкости (нефти) смачивающей жидкостью (водой) для одномерного случая в физических переменных. Показано, что для повышения нефтеотдачи использование горячего вытеснителя предпочтительней в сравнении с холодным. С целью увеличения значения фронтовой насыщенности более эффективным является воздействие на вязкость фаз.

Теплопроводность 1,1,1,2,3,3,3-гептафторпропана (HFC-227ea) исследована в газовой фазе в интервале температур от 302 до 423 K при давлениях до 2,4 МПа. Измерения проведены стационарным методом коаксиальных цилиндров на образцах с чистотой 99,4 мол %. Погрешность полученных данных о теплопроводности не превышает ±2 – 2,5 %. Рассчитаны температурная зависимость теплопроводности пара низкой плотности, а также зависимости избыточной теплопроводности от температуры, плотности и давления.

Исследуется один из способов получения гидрофобной поверхности, основанный на методе, позволяющем производить на мономолекулярном слое замещение полярной гидроксильной группы (ѕ ОН) на неполярную углеводородную (ѕ СН ₃). Представлены схема экспериментальной установки для обработки образцов из стекла с целью получения модифицированной поверхности и результаты измерения краевых углов смачивания для различных жидкостей на обработанных поверхностях. Показаны фотографии натурного изображения краевых углов смачивания и процесса капельной конденсации на модифицированной охлаждаемой поверхности.

Формулируются уравнения для переноса частиц бидисперсной суспензии в тарельчатой центрифуге с учетом взаимодействия частиц между собой и с окружающей их жидкостью. Исследуется влияние начальной концентрации частиц на скорость их оседания и формирование слоя седимента. Показана возможность образования внутренней волны концентрации мелких частиц как результат увлечения мелких частиц крупными. Проверена применимость формулы численного дифференцирования функции, описывающей изменение концентрации частиц во времени, для определения скорости седиментации.