Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2010 номер 4

В условиях полностью контролируемых возмущений проведено экспериментальное и теоретическое исследование слабонелинейных стадий развития нестационарной (в общем случае) неустойчивости Гёртлера пограничного слоя на вогнутой поверхности. Основное внимание уделено начальным проявлениям нелинейности в развитии нестационарных гёртлеровских вихрей, относящихся к первой, наиболее быстрорастущей, моде дискретного спектра задачи об устойчивости. Детально изучены проявления нелинейности в зависимости от частоты основной (первичной) гёртлеровской моды и начальной амплитуды возмущения. Обнаружено, что слабонелинейная стадия развития нестационарных гёртлеровских вихрей характеризуется: (а) нелинейным взаимодействием комбинационных мод частотно-волнового спектра, (b) искажением профилей амплитуд и фаз возмущений по нормали к стенке, (c) замедлением скоростей нарастания основной гёртлеровской моды и большинства комбинационных мод, а также (d) уменьшением фазовых скоростей нестационарных возмущений. Найдено, что возмущения вступают в область слабонелинейного развития после превышения амплитудой основной частотно-волновой моды порога в 4÷6 %, что значительно выше, чем у волн Толлмина−Шлихтинга (1÷2 %), но существенно ниже, чем у мод неустойчивости поперечного течения трёхмерного пограничного слоя (более 10 %).

Дан вывод нелокальных уравнений для двух гармоник волны Толлмина−Шлихтинга и осредненных параметров несжимаемого пограничного слоя на пластине. Результаты расчетов показывают, что под воздействием волны трение на стенке увеличивается, и это увеличение становится существенным, когда отношение амплитуд второй и основной гармоник достигает 0,5.

Приведены результаты экспериментальных исследований конвективного теплообмена от одиночного куба, расположенного на плоской поверхности, при различных углах атаки к набегающему потоку и при вариации числа Рейнольдса. Методами визуализации изучен характер вихреобразования и влияние структуры течения на теплоперенос при отрывном обтекании куба. Исследована локальная и осредненная по отдельным граням, а также по всей боковой поверхности куба теплоотдача. Определен вклад различных граней куба в суммарную теплоотдачу в зависимости от угла атаки. Проведено сравнение полученных данных с имеющимися в литературе. Анализируются причины имеющихся отличий, обусловленных влиянием большого числа факторов ⎯ толщины пограничного слоя, уровня турбулентности набегающего потока, стесненности канала и др.

При увеличении температуры торможения совершенного газа удельные теплоемкости и их отношение не остаются постоянными и начинают меняться с температурой. Газ остается совершенным; его уравнение состояния остается справедливым, за исключением так называемого калорически несовершенного газа. Целью настоящей работы является получение профилей сверхзвукового сопла минимальной длины для того, чтобы иметь равномерный и параллельный поток в выходном сечении, когда учитывается температура торможения, которая ниже, чем порог диссоциации молекул, и иметь форму сопла для каждого числа Маха на выходе и температуры торможения. Метод характеристик используется вместе с алгоритмом конечно-разностного метода второго порядка точности. Форма сопла имеет точку разворота и начальный угол расширения. Проводится сравнение с калорически совершенным газом. Приложения даны для воздуха.

Численно исследовано взаимодействие плоского сверхзвукового потока воздуха со струей водорода, вдуваемого перпендикулярно через щель со стенок канала. Построен алгоритм решения осредненных по Фавру уравнений Навье−Стокса для течения термически совершенного многокомпонентного газа на основе ENO-схемы. Показано влияние числа Маха струй и отношений давления струй и потока на ударно-волновую структуру течения и глубину проникновения струи.

Приведены результаты экспериментального исследования области взаимодействия плоского скачка уплотнения, возникающего при обтекании клина, со струйным следом, который формируется при спутной инжекции газов (Н₂, воздух, Ar). Отмечаются три режима взаимодействия в зависимости от параметров газовой струи: сильное, когда скорость в следе дозвуковая; умеренное, с формированием в окрестности скачка уплотнения дозвуковой области течения, ограниченной скачком, близким к конической форме, и нейтральное. С использованием трехмерных нестационарных уравнений Эйлера численно рассмотрено взаимодействие осесимметричной струи с наклонной ударной волной. Полученные режимы взаимодействия находятся в согласии с экспериментальными данными.

Представлены результаты исследования нестационарного распада вихря. Визуализация пространственной формы вихревых мультиплетов проведена в вертикальном цилиндрическом контейнере, выполненным из прозрачного оргстекла оптического качества внутренним диаметром 288 мм и вращающейся верхней крышкой, для разных значений высоты цилиндра. 80-процентная водно-глицериновая смесь использовалась как рабочая жидкость, а трассерами служили мелкие пузырьки воздуха. Крышке сообщалось вращение с постоянной угловой скоростью исследуемого режима и воздух собирался в зонах пониженного давления на осях вихрей. Визуализация структуры течения для неустойчивых режимов закрученного течения при удлинениях цилиндра от 3,2 до 5,5 впервые позволила идентифицировать эти режимы как мультиспиральные распады с образованием винтообразных вихревых дуплетов, триплетов и квадруплетов.

Приведены результаты визуальных исследований структуры потока при течении воздуха в канале с гофрированной стенкой. Исследования выполнены при ламинарном и турбулентном режимах течения. В потоке обнаружены характерные крупномасштабные структуры и зоны с интенсивным турбулентным перемешиванием. Предложена общая схема течения.

Предложен метод моделирования течений жидкости в микроканалах. Метод тестирован на известных экспериментальных данных по изучению течений в микроканалах с помощью микро-PIV. Изучены режимы течения в микромиксерах Y- и T типа. Рассмотрены пассивные и активные миксеры. Проанализирована зависимость эффективности смешения от чисел Рейнольдса и Пекле, возможность использования гидрофобных и ультрагидрофобных покрытий. В качестве активного метода смешения предложен T-миксер, в котором расход в одном из входных каналов изменялся по гармоническому закону. Установлена зависимость эффективности смешения от частоты изменения расхода и его амплитуды.

На основе точного измерения осредненных по времени данных с однониточного датчика термоанемометра вблизи стенки отработана методика определения локальных значений коэффициента поверхностного трения на плоской пористой поверхности, при обтекании которой формируется неканонический турбулентный пограничный слой. Указанная методика может найти применение при изучении эффективности различных способов воздействия на несжимаемый пограничный слой, в частности с помощью микровдува воздуха, где использование прямых методов определения трения затруднительно.

Рассматривается задача о взаимодействии термопары, впрессованной в твердое вещество, подвергающееся пиролизу внешним источником тепла, с тепловой волной, распространяющейся внутрь вещества от поверхности его пиролиза. Результаты численного моделирования показали, что из-за большой разницы в значениях коэффициентов теплопроводности топлива и материала вещества происходит сток тепла по проволочкам термопары вглубь вещества, что значительно изменяет температуру спая, искажая тем самым показания термопары.

Проведена газификация древесных опилок при раздельном и совместном воздействии на сырье нагревателя и дугового разряда. Показано, что за счет сжигания в теплонагревателе части получаемого синтез-газа газификацию сырья можно проводить при уменьшении энергозатрат по сравнению с плазменной на 20-25 %. Впервые представлены данные о параметрах горения и детонации смесей синтез-газа с кислородом и воздухом при изменении соотношения как между топливными компонентами СО и Н₂, так и между топливом и окислителем.

Рассматривается созданная плазмохимическая технология обезвреживания галогенсодержащих веществ. Приводится схема экспериментальной установки и обсуждаются положительные результаты, полученные при обезвреживании на ней тетрафторметана, озоноразрушающего хладона 12, полихлорированных бифенилов, отходов, содержащих фтор- и хлорорганику. Технология предлагается для промышленного использования.

Система оптимизационного проектирования рабочего колеса гидротурбины [1] расширяется включением экономичных методик расчета потерь энергии во всей проточной части гидротурбины и напряженно-деформированного состояния лопасти. Потери энергии находятся на основе моделирования пространственного турбулентного потока и инженерных полуэмпирических формул. Напряженно-деформированное состояние определяется из решения линейной задачи упругости для изолированной лопасти, нагруженной гидродинамическим давлением, методом граничных элементов. С помощью предложенной системы решается задача проектирования рабочего колеса турбины мощностью 640 МВт, дающего заданную зависимость КПД от режима работы турбины (критерий эффективности). При этом возникающие в нем напряжения не превосходят критического значения (критерий прочности).

5 ноября 2010 года исполнилось 70 лет известному ученому, исследователю в области математического моделирования задач механики сплошных сред и машиностроения, действительному члену Российской академии наук Василию Михайловичу Фомину.

21 сентября 2010 исполнилось 70 лет доктору технических наук профессору Вячеславу Николаевичу Ярыгину.