Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2008 номер 1

Представлены результаты экспериментального исследования различных методов регулирования гиперзвуковых воздухозаборников с целью обеспечения запуска и улучшения их характеристик в диапазоне чисел Маха от 2 до 8. Исследованы условия отрыва пограничного слоя и возможности предотвращения отрыва путем изменения конфигурации диффузора и применения перфорационного слива. Испытания модели воздухозаборника проведены в аэродинамической трубе периодического действия и аэродинамической импульсной трубе в диапазоне чисел Маха от 2 до 6 и от 5 до 8 соответственно. Проведены измерения распределения статического и полного давлений на стенках модели и в контрольных сечениях, коэффициентов расхода воздуха и восстановления полного давления. Установлено, что перфорационный слив является эффективным средством запуска воздухозаборника. Перфорационный слив позволил увеличить коэффициент расхода воздуха более чем в 2 раза на модели с боковыми стенками. Также установлено, что панель перфорационного слива, расположенная ближе к горлу воздухозаборника, более эффективна. Возможность внезапного запуска проверена в аэродинамической трубе периодического действия и показано, что внезапный запуск возможно реализовать в трубах такого типа. Данные, полученные в аэродинамической трубе периодического действия, согласуются с данными, полученными в импульсной аэродинамической трубе с длительностью режима до 150 мс.

Экспериментально исследовано влияние локального периодического воздействия в виде вдува/отсоса через последовательно расположенные кольцевые щели на свойства турбулентного пограничного слоя, формирующегося на осесимметричном теле вращения при его обтекании несжимаемым потоком. Число Рейнольдса, вычисленное по толщине потери импульса пограничного слоя впереди кольцевой щели, составляло 1362. Безразмерная амплитуда вынужденного сигнала A₀ устанавливалась равной 0,4. Частота вынужденного сигнала в единицах закона стенки составляла f⁺ = 0,0048. Показано, что начиная с расстояния вверх от щели, составляющего около полутолщины вытеснения пограничного слоя δ ^*, и далее вниз по течению вплоть до 18δ^*, наблюдается устойчивое снижение локального трения, максимальная величина которого достигает 50 %. Каждая последующая щель способствует уменьшению трения, однако эффективность вдува/отсоса вниз по потоку заметно ослабляется.

Приводятся результаты экспериментального исследования особенностей развития пространственных турбулентных отрывных течений на плоской поверхности при числах Маха М_∞ = 4 и Рейнольдса Re₁ ≈ 55× 10⁶ м ^-1 в условиях обтекания расположенных над ней параллельно друг другу и потоку двух идентичных цилиндрических тел вращения диаметром D = 50 мм и удлинением корпуса L_b/D = 5 с коническими головными частями с углами полураствора β_c = 30, 20, 15 и 10° . Рассматриваются характерные стадии развития пространственного отрыва с уменьшением расстояния между осями тел в диапазоне Z = Δz/D = 1,06 ÷ 3,0 при фиксированном их удалении от поверхности (Y = Δy/D = 0,96). Анализируются топология предельных линий тока и особенности полей давлений на поверхности, а также газодинамическая структура отрывных течений, возникающих при взаимодействии распространяющихся от тел пересекающихся головных скачков и вторичных возмущений с пограничным слоем.

Представлены результаты экспериментальных исследований по влиянию начальных условий на срезе сопла на структуру круглой струи и характеристики ее развития. Показаны особенности развития ламинарной и турбулентной круглых струй, реализованные при одном и том же числе Рейнольдса. Обсуждаются картины дымовой визуализации струи при изменении начальных условий ее формирования (распределений средней и пульсационной составляющих скорости на срезе сопла) с помощью удлинения канала соплового аппарата. Показана возможность увеличивать область чисто ламинарного течения в струе и затягивать процесс ее турбулизации по пространству за счет параболизации профиля скорости на срезе сопла при его удлинении. Выявлены особенности развития вихревых структур струи при акустическом воздействии на нее. Показано, что для создания турбулентной круглой струи непосредственно на выходе из сопла необходимо достаточно большое его удлинение, обеспечивающее пространственное нарастание толщины турбулентного пограничного слоя вплоть до образования полностью турбулентного профиля скорости в поперечном сечении канала.

Рассмотрено влияние ультрафиолетового излучения Солнца на фотоионизацию рабочего тела дренажных систем и двигателей установок малой тяги космического аппарата, что приводит к увеличению затухания радиоволн его радиотехнических систем. Рабочее тело двигателей установок малой тяги космического аппарата необходимо выбирать, ориентируясь на вещества с малым сечением фотоионизации (гидразин, метиловый спирт и т.д.). При выборе рабочих частот радиосистем необходимо ориентироваться на более высокие частоты (сотни и тысячи мегагерц).

Показаны область применения систем высотной аэродинамики и типичные решаемые задачи. Сформулированы основные требования к подобным системам. На примере системы RuSat показаны некоторые способы реализации этих требований.

Исследована одиночная ячейка газожидкостного снарядного потока. Измерялось течение вокруг неподвижного газового снаряда, обтекаемого опускным потоком жидкости, и за его донышком. С помощью электродиффузионного метода измерены значения трения на стенке и его пульсации в зависимости от расстояния от носика снаряда. Показано, что в пленке жидкости, обтекающей снаряд, происходит демпфирование турбулентных пульсаций по сравнению с однофазным потоком жидкости. В кормовой части снаряда, где происходит отрыв вихрей, турбулентные пульсации существенно превышают однофазные.

Представлены результаты численного исследования влияния толщины пограничного слоя на турбулентный отрыв и теплообмен в трубе с внезапным расширением. При расчете использована модель турбулентности Ментера переноса сдвиговых напряжений, реализованная в пакете Fluent. Диапазон чисел Рейнольдса от 5× 10³ до 10⁵. Рабочей жидкостью служил воздух. Степень расширения трубы (D₂/D₁)² = 1,78. Показано существенное влияние толщины отрывающегося пограничного слоя как на динамические, так и на тепловые характеристики потока. В частности, обнаружено, что при увеличении толщины пограничного слоя зона рециркуляции увеличивается, максимальное значение коэффициента теплоотдачи уменьшается.

Проведено численное моделирование сопряженного конвективно-кондуктивного теплопереноса в прямоугольной области с источником тепловыделения при наличии вынужденного течения и массообмена. Получены распределения тепловых и гидродинамических характеристик, описывающие специфические особенности исследуемых режимов течения. Проанализировано взаимное влияние вынужденного и свободноконвективного течения. Установлены масштабы воздействия определяющих безразмерных комплексов (Gr, Br, Re) на режимы течения. Показана эволюция анализируемого процесса.

Экспериментально исследовано влияние угла наклона пластины к горизонту на расстояние между формирующимися струями и разрыв стекающей пленки воды на нагревателе размером 150×150 мм. Получены данные по зависимости расстояния между струями от плотности теплового потока и от угла наклона пластины. В экспериментах обнаружены две области влияния плотности теплового потока на расстояния между струями: при θ ≥ 20° расстояния между струями практически не зависят от плотности теплового потока, при θ ≤ 15° они уменьшаются с ростом плотности теплового потока. Выполнено обобщение данных по разрыву пленки с учетом влияния испарения. Показано, что влияние угла наклона на разрыв пленки практически отсутствует во всем диапазоне исследуемых чисел Рейнольдса.

Приведены результаты измерений электрических характеристик высокочастотного факельного разряда резонансным методом. Показано, что величина емкости разряда, определенная в соответствии с модифицированной схемой Неймана, близка к величине электростатической емкости. Проведен расчет емкости канала разряда с учетом процесса распространения вдоль него поверхностной электромагнитной волны.

В рамках численного моделирования рассматривается роль электромагнитных сил и сил вязкого трения с потоком дуговой плазмы в формировании течения в расплаве катода; проводится сравнительная оценка влияния каждой из указанных сил в отдельности. Выявлено, что картина течения расплава формируется главным образом электромагнитными силами. Характер воздействия электромагнитных сил в значительной степени определяется соотношением между радиусом катодной привязки дуги
на капле расплава и радиусом стержневого катода.

На основе уравнений для многокомпонентных турбулентных реагирующих газовых смесей численно моделируется пространственное горение турбулентных струй в топочных устройствах. Получены зависимости влияния скорости вторичного воздуха и состава газовых компонентов на конфигурацию факела при диффузионном процессе горения. Выявлено влияние режимных параметров на увеличение размеров факела, возникающее при взаимодействии вторичного воздуха с газовыми компонентами.

Анализируются полученные ранее экспериментальные данные по исследованию энергетических характеристик и возможности самозапуска ротора Дарье. Эти результаты использованы при проектировании новых двухъярусных ветроэнергетических установок с прямыми лопастями. Натурные испытания двух вариантов конструкции показали перспективность разработки ветроэнергетических установок с ротором Дарье. При разумном проектировании они не требуют каких-либо устройств для ориентации и запуска ротора, мало чувствительны к порывам ветра и могут иметь высокий уровень энергетических характеристик, не уступающий лучшим образцам установок пропеллерного типа.

Экспериментально исследована работа диаметрального дискового вентилятора при низких (5- 50 тор) давлениях в воздухе. Обнаружен эффект резкого уменьшения объемного расхода вентилятора при давлении менее 40 тор (кризис расхода), что не согласуется с имеющимися в литературе сведениями. Найдено и экспериментально обосновано критическое значение безразмерного параметра, при котором происходит перестройка течения и формирование замкнутого потока внутри вентилятора.