Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 1976 номер 4

Рассматривается квазистационарное колебательное распределение в сильно возбужденных многоатомных молекулах, обусловленное колебательным обменом (распределение с плато). Ангармоническая связь колебательных мод приводит к тому, что моды не могут рассматриваться изолированно, т. е. речь идет о распределении в пространстве колебательных чисел мод. Выводится формула для потока колебательных квантов, описывающая релаксацию распределения с плато. В виде примеров рассмотрены молекулы CO₂ и N O₂.

Приводятся результаты экспериментального исследования влияния газа окружающего пространства на параметры молекулярного пучка, получаемого газодинамическим методом. Исследование включает в себя измерение функции распределения в молекулярном пучке время-пролетным методом и плотности газа в струе с помощью электронного пучка. Показано, что увеличение давления окружающего пространства в послескиммерной камере приводит к падению регистрируемой плотности молекулярного пучка по экспоненциальному закону, в то время как гидродинамическая скорость и температура практически не изменяются. Исследование влияния остаточного газа в камере расширения показало, что изменение плотности и параллельной температуры в молекулярном пучке может быть представлено в виде общих зависимостей для различных условий истечения. Приводятся результаты сравнения с другими авторами.

Получено автомодельное решение задачи о сферически-симметричном движении идеального газа с постоянной начальной плотностью и начальным разогревом ε∼r^—2. Течение содержит ударную волну, сжатие на фронте которой существенно меньше предельного значения.

Проведены интерферометрические исследования процесса распространения ударных волн в аргоне. Приведены экспериментальные данные о размерах ударно-нагретой области и распределении плотности за ударными волнами, распространяющимися со скоростями до 8 км/с. Сравнение экспериментальных данных с расчетными позволило сделать вывод о серьезном влиянии излучения на распределение плотности за ударными волнами при числах М > 15.

Исследуется поведение катодных пятен на электродах, работающих в МГД-генераторе открытого цикла в условиях, когда топливом является уголь, что имитировалось добавкой в продукты сгорания минеральной части топлива (золы). Опыты проводились на крупной экспериментальной установке с электродами из различных по теплофизическим свойствам материалов и с различными температурами поверхности. Показано, что основные характеристики пятен (ток на пятно, плотность тока в пятне), определяющие электрические характеристики электродов, мало отличаются для различных типов электродов, но весьма заметно отличаются от пятен на таких же электродах при отсутствии шлаковых пленок на их поверхности.

Описан кумулятивный эффект, возникающий при отражении ударной волны (с числом Маха М₁ = 1,27) от сферической вогнутой стенки, помещенной в конце канала ударной трубы цилиндрического сечения. Степень эффекта зависит от величины вогнутости стенки h/R (h – высота, R – радиус сферического сегмента). При h/R = 0,9 число Маха отраженной волны в области порядка ∼0,01 R возрастает ∼ в 6 раз по сравнению с отражением от плоской стенки. При этом достигаются температуры ∼ в 10 раз больше, чем в случае плоской стенки.

Рассматриваются сверхзвуковые струйные течения невязкого и нетеплопроводного газа, обладающие осевой симметрией. Свободным струям и струям, взаимодействующим с преградами, ставятся в соответствие потоки упрощенной структуры, которые, во-первых, отражают основные свойства исходного струйного течения и, во-вторых, допускают достаточно простое приближенное аналитическое описание. Обсуждаются только такие модели, которые дали хорошие или в сложных случаях удовлетворительные количественные результаты в условиях и диапазонах параметров, где имелись надежные экспериментальные и расчетные данные.

В работе рассматривается интерференция двух взаимодвижущихся решеток тонких профилей в потоке невязкой несжимаемой жидкости. Течение вне профилей и вихревых следов полагается потенциальным. Форма следов определяется в процессе решения. Проводится сравнение результатов расчетов с квазистационарным решением и результатами других авторов.

В рамках теории пограничного слоя исследуется ламинарное осесимметричное обтекание внешней поверхности полого полубесконечного вращающегося цилиндра, находящегося в осевом однородном потоке несжимаемой жидкости. Учитывается действие центробежных сил, поэтому система содержит уравнение, определяющее изменение давления поперек пограничного слоя. Задача решается численно с помощью двух методов: разложения в функциональные ряды и разностного метода. Кроме того, получено решение в окрестности передней кромки цилиндра, вращающегося в неподвижной жидкости, которое является также асимптотическим решением поставленной задачи при больших скоростях вращения, и определено асимптотическое поведение решения на больших расстояниях от переднего края цилиндра. Для исследуемого течения характерно появление связанных с действием центробежных сил продольного градиента давления и продольных потоков жидкости в пограничном слое.

Выведены уравнения движения сферической твердой частицы в неоднородном потоке вязкой несжимаемой жидкости. Учитывается влияние сферы на основной поток. Задача решена в приближении Стокса. Составлены соотношения для поля скоростей и давления в жидкости с учетом сферической частицы. При этом нарушены краевые условия на границе основного потока, но этим можно пренебречь, так как на больших расстояниях частица мало влияет на основной поток.

Граница раздела жидкостей в случае, когда сверху находится более тяжелая жидкость, становится неустойчивой, движение приобретает турбулентный характер, что приводит к перемешиванию жидкостей. Используя полуэмпирический подход, Беленький С. 3. и Фрадкин Е. С. решили задачу турбулентного перемешивания, пренебрегая изменением кинетической энергии времени. В данной работе получено решение с учетом изменения кинетической энергии во времени. Это решение качественно отличается от решения Беленького-Фрадкина. Получена численная зависимость несимметрии перемешивания от перепада плотностей. Исследована зависимость решения от двух эмпирических постоянных.

Рассмотрены колебания газа, возбуждаемые компрессором в трубе с нелинейным сопротивлением на Конце. Нелинейное краевое условие предполагается основной нелинейностью задачи. Для некоторых частот возбуждения найдены точные решения. Для производных частот методом гармонической линеаризации найдено приближенное решение, близкое к точному. Установлено, что при гармоническом возбуждении амплитуды высших гармоник относительно малы. Поэтому оказывается возможным режим согласования, в котором в трубе, как и в линейном случае, распространяется только падающая волна основной частоты; искажения волны высшими гармониками незначительны.

На основании нелинейной модели упругой жидкости, описывающей переход из вязкотекучего в высокоэластическое состояние, рассмотрены два вида деформирования: простое растяжение и простой сдвиг. Исследована устойчивость этих видов деформирования. Получены асимптотические зависимости в области высокоэластичности. Разобрано влияние жесткости молекул жидкости на ее гидродинамическое поведение в стационарной и нестационарной стадиях деформирования. Показано качественное согласие теоретических и экспериментальных результатов.

Путем численного интегрирования уравнений турбулентного теплового пограничного слоя получены коэффициенты теплоотдачи для изотермической пластины дтя широкого диапазона значений критериев 10² ≤ Pr ≤ 10³; 3· 10⁵ ≤ Re_x ≤ 2,5·10¹². Задача решалась в предположении о постоянстве физических свойств жидкости, число Pr_t принималось равным единице. Для коэффициента турбулентной вязкости использовалась гипотеза эффективной вязкости Меллора. Для распределения скоростей – профили Меллора и Джибсона, полученные на основе указанной гипотезы путем сопряжения универсальных профилей закона стенки для внутренней части слоя с профилями дефекта скорости для внешней части слоя, найденными численным интегрированием уравнений динамического слоя. Получены аппроксимирующие зависимости для всего диапазона указанных критериев. Приведено сравнение результатов расчета с экспериментальными данными.

Для защиты поверхностей, обтекаемых высокоэнтальпийным потоком газа, широкое распространение находят газовые завесы. В статье рассматривается эффективность тепловой завесы.

Рассматриваются результаты кинематографического исследования динамики паровых пузырей при кипении водорода в диапазоне давлений насыщения от 0,072 до 2,0 бар. Получены экспериментальные зависимости радиуса растущего пузыря R от времени и отрывного радиуса пузыря R_d и частоты f от давления р. Тенденция изменения величины D_df с давлением у водорода такая же, как у органических жидкостей, причем численные значения D_df у этих двух классов жидкостей совпадают в пределах разброса экспериментальных данных.

Приводятся экспериментальные результаты о кинетике захлопывания коллапсирующего пузырька в воде и в вязких жидкостях: глицерине, вазелиновом масле. Пузырьки создавались путем фокусировки моноимпульсного излучения рубинового лазера в жидкости. Сравниваются параметры импульсов акустического излучения от захлопывания коллапсирующего пузырька для воды и глицерина. Полученные данные сравниваются с результатами теоретических исследований. Отмечается, что при симметричном захлопывании пузырька в воде в звук может излучаться до 90% от запасенной энергии в пузырьке. Асимметрия захлопывающегося пузырька в воде влияет на импульсы акустического излучения и устойчивость последующих пульсаций пузырька. В вязких жидкостях асимметрия пузырька и наведенные неустойчивости могут исчезать, что приводит к устойчивым многократным пульсациям пузырька.

Исследуются одномерные течения невязкой нетеплопроводной намагничивающейся проводящей среды в электромагнитном поле. Показано, что при определенных условиях может осуществляться непрерывный переход сверхзвукового течения в дозвуковое. Доказана возможность существования изомагнитных скачков в намагничивающихся средах. Выписаны соотношения на таких скачках. В случае сильных магнитных полей построена ударная адиабата изомагнитного скачка. Показано, что в случае малых магнитных полей изомагнитные скачки представляют собой обычные газодинамические ударные волны.

Рассмотрены передача энергии и усиление тока при магнитной кумуляции между плоскими шинами. Для шин постоянной ширины получено, что при заданной нагрузке существуют генераторы, обеспечивающие наибольшее усиление начального тока и наибольшее увеличение начальной энергии. Показано, что в условиях эксперимента едва ли можно рассчитывать на увеличение энергии более чем на порядок с помощью непрофилированного генератора. Для шин, ширина которых меняется экспоненциально, установлено существование критической нагрузки, характеризующейся магнитным числом Рейнольдса <i>m</i>. При <i>m</i> >8 энергия может возрастать неограниченно с ростом коэффициента перестройки цепи λ, при <i>m</i> <8 энергия уменьшается с ростом λ, проходя в случае медленной накачки через максимум. Ток в профилированном генераторе растет неограниченно с ростом λ.

В работе экспериментально исследованы разрушения, производимые частицами размером ∼1 мм со скоростью 5–13 км/с в образцах из стекла. Площадь поверхностного разрушения стекла при ударе превосходит площадь сечения частицы до 10³ раз. Результаты экспериментов сравниваются с данными по частицам микронного размера, и обсуждаются возможные причины отсутствия подобия в разрушении. Рассматривается процесс возникновения вторичных разрушений вследствие схождения волн разгрузки от свободной боковой поверхности. Даются инженерные оценки разрушения образца в целом.

Определены динамические прогибы прямоугольной пластины, соприкасающейся с жидкостью, под действием ударной пластической взрывной волны сжатия. Фронт волны падает на пластину под углом и создает движущуюся распределенную нагрузку. Учитывается демпфирующее влияние жидкости. Показано, что при определенных значениях скорости фронта нагрузки, частоты собственных колебаний и длины пластины прогибы имеют повышенные значения, а без учета демпфирования стремятся к бесконечности. Задача решается разложением прогиба в ряд по собственным функциям и применением метода Бубнова–Галеркина. Рассмотрен численный пример и приведены графики.

Рассматривается режим изгибных колебаний и разрушение металлических тонкостенных цилиндрических оболочек под действием продольных нелинейных колебаний воздуха в ее полости. Колебания воздуха в закрытой с одной стороны трубе создаются движением поршня автомобильного двигателя, приводимого электромотором постоянного тока. Колебания воздуха измеряются пьезоэлектрическими датчиками, а колебания оболочек регистрируются при помощи скоростной камеры СКС-1. В отличие от осесимметричных колебаний, оболочка при колебаниях с волнообразованием по поверхности оказывается чрезвычайно уязвимой к продольным волнам газа в ее полости. В результате колебаний с большой амплитудой усталостные трещины возникают всего за 20–25 циклов. Во всех испытанных оболочках колебания происходили с 4 волнами по окружности и одной полуволной по длине.

Цель работы – выявить эффект влияния моментных напряжений на концентрацию напряжений вблизи неоднородности экспериментальным методом фотоупругости. Для простоты и ясности ограничиваемся случаем плоской деформации. Рассматривается концентрация напряжений вблизи кругового цилиндра радиуса а, точно совпадающего с полостью и вставленного в бесконечную среду (полосу), которая подвергается действию осевого растяжения в бесконечности. Круговой цилиндр (неоднородность) и внешняя среда имеют различные упругие константы: модуль сдвига и коэффициент Пуассона G₁, v₁ и G₂, v₂ соответственно так же, как и характеристические длины l₁ и l₂ (новые упругие постоянные, введенные моментной теорией). По моментной теории упругости находятся коэффициенты концентрации напряжений. На образцах из эпоксидной смолы ЭД-6, имеющих несколько вклеенных неоднородностей (дисков) или несколько отверстий различного размера, проведено экспериментальное исследование методом фотоупругости. На основе сравнения результатов расчетного определения концентрации напряжений с экспериментальными значениями концентрации, полученными методом фотоупругости, определяется вводимая в моментные теории постоянная материала l.

Теоретическими методами найдены условия параметрического возбуждения колебаний импульсной формы в движущейся нити с колеблющимися закреплениями и исследуется их зависимость от параметров системы. Экспериментально найдены условия параметрической неустойчивости системы с подвижной (но изменяющей во времени свои свойства) границей и показано, что в ней тоже возможно возбуждение колебаний импульсной формы.

Разработаны пироэлектрические приемники излучения продольного типа на основе промышленной керамики ЦТС-19 с покрытием из золотой черни При размерах в несколько мм они обладают постоянной времени 2·10^-7 с и импульсной чувствительностью до 1300 В/Дж. Показано, что коэффициент отражения чувствительного элемента, покрытого золотой чернью, в спектральном диапазоне 40–1100 нм не превышает 6%. Пироприемники применены для регистрации излучения неодимового лазера, сильноточного разряда и сильных ударных волн в воздухе и в аргоне.

Экспериментально исследовано рассеяние атомов Аг с энергией Е₀ = 0,15–1,8 эВ от поверхности (111) монокристалла германия при наличии и отсутствии адсорбированного слоя. Этот диапазон энергий был достигнут ускорением Ar в бинарной смеси Ar–Не или Ar–Н₂, истекающей из соплового источника молекулярного пучка. Для выделения из смеси компонента Аг использовалась регистрация возбужденных атомов Ar*, образующихся при бомбардировке молекулярного пучка поперечным пучком электронов. Применение время-пролетной техники позволило получать наряду с диаграммами рассеяния угловые распределения средней скорости. Исследования проведены при температуре мишени Т_м = 20 и 600 °С, что соответствует наличию и отсутствию адсорбированного слоя. Установлено, что при Т_м = 20 °С рассеяние не всегда соответствует полностью диффузному: при Е₀ > 0,5 эВ появляется значительная по величине лепестковая компонента. При Т_м = 600 °С все диаграммы рассеяния имеют лепестковый характер с максимумом в направлении между зеркальным лучом и плоскостью мишени. Изменение Е₀ от 0,15 до 1,8 эВ увеличивает сдвиг максимума от зеркального луча, полуширина диаграммы при этом уменьшается. Характер угловых распределений скорости рассеянных атомов существенно зависит от Е₀. Величина потери энергии налетающих атомов при Т_м = 20 °С объясняется с помощью простой модели последовательного столкновения атома Аг с адсорбированной молекулой и чистой поверхностью.

Рассматривается формирование электрических полей, возбуждаемых нестационарным источником γ-излучений в воздухе. Учитывается влияние поля на подвижность и на коэффициент прилипания электронов к электроотрицательным молекулам.

Рассмотрена модель аморфной среды с примесными молекулами с большим сечением фотопоглощения и безызлучательной дезактивации. Полагается, что вначале среда прозрачна относительно падающего светового потока, но в результате нагрева зоны вокруг примесных центров происходит температурный сдвиг края полосы фотопоглощения и соответствующие участки среды начинают сильно поглощать. Сформулированная модельная задача решена численно. Получены пространственные распределения интенсивности светового потока в такой среде для любых моментов времени. Объяснены причины появления и особенности структуры всплеска интенсивности на фронте светового потока для переходного режима. Указаны возможные практические приложения.

Приведены выражения, описывающие полное электромагнитное поле, дифрагированное на диэлектрическом клине произвольного угла раскрыва, полученные с помощью интегральных уравнений Максвелла. Приведенные решения представлены в виде суперпозиции плоских волн и волны от ребра в форме интеграла Зоммерфельда с весовой функцией, структура которой зависит от угла наблюдения, а также от условий освещенности граней клина. Проведено исследование ближнего к граням клина поля.