Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2015 номер 2

Приводятся результаты экспериментального исследования структуры, фазового состава и механических свойств лазерного сварного соединения пластин титан-сталь 12Х18Н10Т толщиной 3 мм, полученных с использованием промежуточных вставок и модифицирующих нанопорошковых добавок. Показано, что скорость сварки, мощность излучения и положение фокального пятна лазерного луча существенно влияют на процессы, происходящие в сварочной ванне, и на структуру шва: максимально однородный по химическому составу и наиболее прочный сварной шов формируется при скорости движения лазера 1 м/мин, мощности 2,35 кВт и заглублении фокуса до нижней поверхности пластин. Подъем фокуса на поверхность заготовки или выше нее, при прочих равных условиях, приводит к нестационарному проплавлению стали, уменьшению глубины и степени диффузионного перемешивания элементов, реализации соединения пластин по механизму пайки в прикорневой части шва. Материал сварного шва представляет собой пересыщенный твердый раствор легирующих элементов на основе меди с равномерно распределенными дисперсными частицами интерметаллидов Ti(Fe, Cr) ₂ и TiCu ₃. При этом участки хрупкого разрушения с фасетками скола и квазискола соответствуют крупным частицам интерметаллидов Ti(Fe, Cr) ₂ или диффузионным зонам в основном на границе с титановым сплавом. Приведенные результаты и выводы численных расчетов теплофизических процессов сварки пластин титана со сталью (толщиной 3 мм) через промежуточную медную вставку качественно согласуются с результатами экспериментов, что указывает на адекватность численного описания процессов проплавления контактирующих материалов в зависимости от режима сварки и положения фокального пятна в рассматриваемой системе.

На основе спектрального разложения корреляции Эйлера несущей среды получена система замкнутых функциональных уравнений для спектров Лагранжа тяжелой инерционной частицы и флуктуаций скорости несущей среды на траектории частицы. При расщеплении четвертых моментов используются приближение квазинормальности и аппроксимация флуктуаций скорости частиц случайным процессом Гаусса. Предложен приближенный самосогласованный метод решения полученной системы функциональных уравнений. Спектр корреляций Эйлера флуктуаций скорости среды моделируется распределениями Сэфмена и Кармана. Исследовано влияние пространственной микроструктуры турбулентности, инерции частиц и скоростного скольжения на интенсивность хаотического движения и коэффициент турбулентной диффузии дисперсной примеси.

Проведены исследования особенностей вихревого переноса импульса и тепла в нижней атмосфере, включающей планетарный пограничный слой, а также верхнюю тропосферу и нижнюю стратосферу, с помощью трехпараметрического метода моделирования стратифицированных турбулентных течений окружающей среды. Особое внимание уделено анализу поведения вертикальных вихревых коэффициентов диффузии импульса и тепла, полученных прямыми измерениями и с привлечением трехпараметрического метода моделирования турбулентности, в котором учтены эффекты внутренних гравитационных волн в поддержании импульса в условиях сильно устойчивой стратификации (с существенной волновой динамикой). Показано, что профиль вертикального вихревого коэффициента диффузии импульса, вычисленный по трехпараметрической модели турбулентности, хорошо согласуется с прямо измеренным не только внутри устойчиво стратифицированного планетарного пограничного слоя, но даже выше его, в свободной атмосфере.

Выполнено моделирование по плотностному числу Фруда течения в дальнем турбулентном следе за буксируемым телом в линейно стратифицированной среде. Показано, что при достаточно больших значениях плотностного числа Фруда имеет место подобие параметров следа и генерируемых им внутренних волн.

Рассматриваются топологические особенности структуры потока продуктов сгорания в проточных трактах с различными формами поперечных сечений каналов в энергетических установках. Результаты математического моделирования внутренней газодинамики проточных трактов энергетических установок сопоставляются с данными физического эксперимента.

Выведена новая система уравнений для моделирования динамики длинноволновых возмущений на поверхности тонкого слоя вязкой жидкости, стекающей по вертикальной плоскости и обдуваемой турбулентным спутным потоком газа. Проведен анализ линейной устойчивости невозмущенного течения. Обнаружено, что при умеренных числах Рейнольдса жидкости линейные модели Бенджамина и переноса граничных условий на невозмущенный уровень для возмущенного течения газа дают качественно похожие результаты. При уменьшении числа Рейнольдса отличия между результатами, полученными по разным моделями турбулентности, становятся более выраженными. В случае малых чисел Рейнольдса жидкости из представленной системы уравнений получается одно эволюционное уравнение на отклонение толщины пленки от невозмущенного уровня. Рассмотрены некоторые решения этого уравнения.

Проведен численный анализ пространственных ламинарных режимов естественной конвекции в замкнутой полости при наличии однородного магнитного поля. Математическая модель, сформулированная в безразмерных естественных переменных “скорость-давление-температура”, реализована численно методом контрольного объема. Детально изучено влияние чисел Рэлея (10 ³ ≤ Ra ≤ 10 ⁵) и Гартмана (0 ≤ Ha ≤ 100), ориентации вектора магнитной индукции (0 ≤ φ ≤ π / 2), а также геометрического параметра (0,2 ≤ A ≤ 5), отражающего относительную длину полости, на распределения скорости и температуры, а также на среднее число Нуссельта на характерной изотермической границе. Установлена возможность описания интегрального теплообмена в рассматриваемом пространственном объекте на основе двумерной модели.

Аналитически исследуется гидродинамическое и тепловое поведение полностью развитой естественной конвекции в вертикальном микропористом кольцевом зазоре с учетом условий скольжения скорости и скачка температуры на внешней поверхности внутреннего пористого цилиндра и внутренней поверхности внешнего пористого цилиндра. Представлено решение в замкнутом виде для скорости, температуры, объемного расхода, трения и скорости теплопередачи, выраженной в виде числа Нуссельта. Графически представлено влияние каждого управляющего параметра на гидродинамическое и тепловое поведение. В процессе исследований установлено, что с ростом отсоса/вдува на стенках цилиндров увеличиваются скорость жидкости и температура. Кроме того, наблюдается заметное влияние кривизны поверхности стенки на тепловые и гидродинамические характеристики.

Приводятся данные расчетов турбулентного потока в конфигурациях CF–π и CP–π радиального реактора с неподвижным зернистым слоем. Рейнольдсовы уравнения движения решены совместно с κ–ε моделью турбулентности. Для сопряжения параметров потоков на границе раздела свободная часть-неподвижный зернистый слой использовались классические условия непрерывности. Получены расчетные данные относительно осредненных и турбулентных характеристик и показано, что в неподвижном зернистом слое поток вызывает генерацию кинетической энергии турбулентности и скорости ее диссипации; поток в CF–π конфигурации распределяется более равномерно по сравнению с CP–π конфигурацией радиального реактора. Расчетные данные сравниваются с экспериментальными.

Исследуются особенности образования газовых гидратов при инжекции газа в пористую среду, в исходном состоянии заполненную газом и льдом. Построены автомодельные решения одномерной задачи, описывающие распределения основных параметров в пласте. Показано, что существуют решения, согласно которым образование газогидрата может происходить в трех различных режимах. Построены критические диаграммы существования данных режимов.

Экспериментально исследовалась устойчивость к разрушению металлических и неметаллических образцов материалов при обтекании сверхзвуковым высокотемпературным потоком. Установлено определяющее влияние газодинамической структуры на область прогрева и воспламенения металлов. При достижении критической температуры происходит горение либо эрозия образца, что определяет скорость его разрушения.

20 февраля 2015 года исполнилось 90 лет заслуженному деятелю науки России, доктору технических наук профессору Евгении Моисеевне Хабахпашевой.

24 апреля 2015 г. исполнилось 70 лет известному ученому в области механики жидкости и газа, доктору физико-математических наук профессору Виктору Владимировичу Козлову.