Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2014 номер 6

Настоящая работа посвящена изучению нескольких, предположительно наиболее эффективных, механизмов порождения нестационарных вихрей Гёртлера в ламинарном пограничном слое над вогнутой стенкой (т.е. механизмов вихревой восприимчивости) при рассеянии двух- и трехмерных вихрей свободного течения на трех- и двумерных неоднородностях поверхности (локализованных в продольном направлении) и потока. Эксперименты проведены с использованием метода контролируемых нестационарных возмущений. Обнаружено, что взаимодействие распространяющихся вниз по потоку трехмерных вихрей свободного течения с нарастающим пограничным слоем (естественной двумерной неоднородностью потока) приводит к весьма эффективному порождению нестационарных гёртлеровских мод. Найдено, что в этом случае механизм распределенной восприимчивости способен значительно изменять скорости нарастания порождаемых нестационарных гёртлеровских вихрей по сравнению с законами линейной устойчивости. В работе даны определения и получены оценки величин соответствующих коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости. Несмотря на высокую точность измерений и довольно широкий диапазон исследованных параметров задачи, порождения вихрей Гёртлера другими исследованными механизмами зафиксировано не было.

Работа посвящена экспериментальному исследованию стационарных и нестационарных аэродинамических характеристик кругового конуса в диапазоне чисел Маха 1,75÷7. Дано краткое описание экспериментального оборудования и методики определения аэродинамических характеристик. Получены суммарные аэродинамические характеристики модели при весовых испытаниях, а также аэродинамические производные момента тангажа при динамических испытаниях на установке свободных колебаний. Проведено сопоставление экспериментальных данных с расчетными.

Приведены результаты экспериментальных исследований обтекания дозвуковым потоком воздуха модели прямого крыла в малотурбулентной аэродинамической трубе. Изучалось влияние турбулентного следа, создаваемого тонкой нитью, на структуру пограничного слоя на поверхности модели. Выполнены визуализация картины течения в пограничном слое и термоанемометрические измерения скорости потока, амплитуды и частотного состава пульсаций. Показано, что след существенно изменяет картину течения в пограничном слое: исчезает отрывной пузырь и появляются продольные структуры.

Представлены результаты экспериментального исследования турбулентной структуры течения при продольном обтекании сотовой поверхности с гексагональной формой ячеек размером 5 мм, глубиной 21 мм и толщиной стенок 0,2 мм. Измерения выполнены с помощью PIV системы для развитого течения в канале сечением 21×150 мм и длинной 1000 мм. Проведена стробоскопическая визуализация течения и измерены компоненты скорости и турбулентности в канале при наличии и отсутствии сот. Показано, что в окрестности сот пограничный слой менее заполнен, но имеет более высокий уровень турбулентных пульсаций. Отмечается, что в отличие от профиля на гладкой стенке на сотовой поверхности практически отсутствует логарифмический участок. При этом эффекты скольжения скорости на сотовой поверхности для условий проведенных экспериментов отсутствуют.

Проведено численное моделирование нестационарного течения в отсасывающей трубе стендовой гидротурбины. Сопоставлены гибридные RANS-LES методы моделирования турбулентных течений. В работе рассмотрены интенсивность и частота пульсаций давления и интегральных характеристик, индуцируемых прецессией вихревого ядра под рабочим колесом турбины. Выполнен анализ синхронной и асинхронной частей пульсаций давления, рассмотрены возникновение и влияние синхронной составляющей пульсаций. Рассмотрено взаимодействие вихревого ядра с поворотом отсасывающей трубы.

В работе численно исследуется изменение аэродинамических характеристик модели космического аппарата при взаимодействии струи двигателя управления с набегающим потоком. Параметры струи, истекающей из сопла двигателя, и полетные данные (скорость и высота) взяты из параметров космического аппарата Intermediate Ехperimental Vehicle. Моделирование проводится с помощью метода прямого статистического моделирования Монте-Карло. Для совместного моделирования плотной струи и разреженного течения в набегающем потоке применяется многозонный подход. Показано, что в случае, если струя двигателя управления истекает достаточно близко к поверхности космического аппарата, возможна интерференция потоков, благодаря которой силовые и моментные характеристики могут изменяться. В рассмотренной задаче момент тангажа благодаря интерференции увеличивается на величину порядка 10 % на высотах ниже 120 км.

Обнаружено влияние постоянного электрического поля (до E = 300 кВ/м) на структуру нанокристаллического слоя оксида цинка, формирующегося на поверхности плоского цинкового анода, находящегося в воде при сверхкритических (673 K и 23 МПа) и околокритических (673 K и 17,5 МПа) условиях. Эффект увеличения скорости окисления цинка с ростом E наблюдается при сверхкритических и отсутствует при околокритических условиях. Повышение напряженности поля приводит к формированию более рыхлой структуры во внутренней части слоя оксида цинка.

Выполнен теоретический анализ процессов при плазменной обработке агломерированных частиц в контексте получения полых микросферических порошков. С использованием полученных приближенных теоретических решений впервые сформулированы в критериальном виде требования к потоку плазмы, а также характеристикам агломерата и его материалу, выполнение которых необходимо для формирования полой микросферы, в частности, максимального диаметра и минимальной толщины оболочки. Работа может представлять интерес для специалистов в области технологий получения и применения порошковых материалов.

С использованием метода трехмерного моделирования выполнены численные эксперименты по факельному сжиганию угольной пыли, прошедшей плазменную термохимическую подготовку к сжиганию. Показано, что плазменная подготовка угля к сжиганию позволяет оптимизировать процесс, улучшить условия воспламенения и горения и минимизировать выбросы вредных веществ.

Выявлена зависимость параметров процесса конденсации пара в трубах и каналах от схемы движения охлаждающего теплоносителя: противотока, прямотока, перекрестного тока. Потери полного давления пара при противотоке больше, чем при прямотоке или перекрестном токе. Выполнена оценка потерь давления по различным моделям расчета в зависимости от схемы движения, результаты сопоставлены с экспериментальными данными.

Выполнено экспериментальное исследование течения двухфазного потока в узком коротком горизонтальном канале прямоугольного сечения шириной 10 мм и высотой 300 микрометров. Подробно изучены особенности струйного режима течения. Показано, что с увеличением приведенной скорости жидкости частота пульсаций струи возрастает, отношение несмоченной площади верхней стенки канала к площади верхней стенки канала, смоченной жидкостью, уменьшается.

Представлены результаты численного моделирования ударных волн и генерации вихревых структур при нестационарном истечении струи вскипающей жидкости. Проведено сопоставление особенностей эволюции ударных волн и формирования вихревых структур при нестационарном истечении вскипающей воды с соответствующими структурами при нестационарном истечении газа.

Выявлены особенности образования области с противотоком (пузыревидного распада или взрыва вихря) в центре интенсивно закрученного потока, генерируемого в заполненном жидкостью цилиндрическом контейнере с помощью вращения одного из торцов. В ходе проведенных наблюдений установлено, что сценарий возникновения области пузыревидного распада с образованием возвратного течения един как для малого, так и для большого относительного удлинения и не зависит от границы перехода от стационарного к нестационарному режиму основного вихревого движения.

Работа посвящена экспериментальному исследованию прецессирующего вихря в газожидкостном закрученном потоке. Представлены данные визуализации течения, определены зависимости частоты прецессии вихря и перепада давления от расхода газа, выявлена корреляция между этими характеристиками, которые при малых газосодержаниях претерпевают резкие скачкообразные изменения. Основной эффект, определяющий характер эволюции параметров течения, связан с тем, что за счет сильной закрутки потока происходит сепарация фаз с образованием полого вихря с газовым ядром.

На основе метода лазерной доплеровской анемометрии исследована пространственная структура закрученного турбулентного потока в изотермической лабораторной модели вихревой топки ЦКТИ. С применением критерия “минимума полного давления” визуализирована структура вихревого ядра потока, имеющая характерную W-образную форму. Спектры пульсаций давления и скорости, измеренные в широком диапазоне изменения режимных параметров, свидетельствуют об отсутствии прецессии вихревого ядра.

В работе представлено новое простое в применении выражение для расчета степени черноты смеси газов СО₂ и Н₂О, используемое для моделирования теплообмена излучением в промышленных печах. Точность данного выражения оценена с помощью широкополосной экспоненциальной модели. Установлено, что время вычисления степени черноты по данному выражению меньше в 1,5 раза по сравнению с другими аппроксимирующими методами.