Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2015 номер 3

Обзор посвящен анализу факторов, влияющих на границы двухфазных режимов в каналах разного поперечного сечения с минимальным размером менее капиллярной постоянной. Приведена классификация каналов по размеру. Данные по режимам двухфазного течения систематизированы и приведены в таблицах для круглых и прямоугольных каналов. Указано, что в большинстве работ выделены следующие режимы двухфазного течения: пузырьковый, снарядный и кольцевой. Описаны режимы, встречающиеся в отдельных работах. Сохранена используемая для описания режимов терминология. Проанализированы основные факторы, влияющие на структуру двухфазного потока, такие как расходы газа и жидкости, параметры канала и входного участка, смачиваемость внутренней поверхности каналов, свойства жидкости, гравитационные силы. Показано, что развитие неустойчивостей двухфазного потока оказывает существенное влияние на формирование, эволюцию и смену режимов течения.

Задача Ландау об устойчивости фронта испарения обобщена на случай конечной толщины испаряющегося жидкого слоя. Проведен анализ влияния дополнительных факторов: условия непроницаемости твердой стенки и вытекающих из него пульсаций массовой скорости. Выполнены параметрические расчеты границы устойчивости при изменении толщины жидкой пленки и отношения плотностей фаз в рамках асимптотического подхода Ландау для числа Рейнольдса Re > 1. Проведены приближенные оценки влияния вязкости жидкости на границу устойчивости.

Построены и протестированы алгоритмы решения уравнения Юнга-Лапласа, описывающего форму осесимметричной капли, лежащей на горизонтальной плоской поверхности, при различных способах задания начальных данных и геометрических параметров капли. Анализ уравнения Юнга¾Лапласа показал, что семейство кривых, образующих поверхность капли, является однопараметрическим с точностью до масштабного коэффициента, роль которого играет капиллярная длина, а контактный угол смачивания определяет поворот кривой в точке контакта, однако на саму форму кривой не влияет. Основным естественным параметром, определяющим семейство образующих кривых, является кривизна на вершине капли. Форма капли однозначно задается тремя независимыми геометрическими параметрами. Этот факт позволяет рассчитывать физические свойства, такие как капиллярная длина и контактный угол смачивания, измеряя три независимых величины: высоту, диаметр капли, диаметр основания капли, или площадь осевого сечения капли, или ее объем.

Выполнено численное моделирование течения аэрозоля полидисперсного состава в плоском канале, где генерируются резонансные акустические колебания, направленные поперек потока. Описаны закономерности течения, при коагуляции частиц и изменении их распределения по размерам. Моделирование несущей среды осуществляется с помощью системы уравнений Навье-Стокса для сжимаемого теплопроводного газа. Динамика полидисперсной фазы описывается системами уравнений, включающих в себя уравнения неразрывности, сохранения импульса и внутренней энергии. Уравнения движения несущей среды и дисперсных фракций записаны с учетом межфазного обмена импульсом и энергией. Для описания процесса коагуляции применена лагранжева модель. Анализируется изменение дисперсности в потоке газовзвеси под действием резонансных для поперечного сечения канала акустических колебаний.

Термоакустический эффект связан с обменом энергией между газом и твердым телом в присутствии акустических волн. Несмотря на то что принцип работы хорошо изучен, оптимальное проектирование термоакустических устройств остается проблемой. В настоящей работе осуществлено численное моделирование простого термоакустического устройства на основе стоячей волны. Анализ течения и расчет теплообмена выполнены путем решения нелинейных нестационарных уравнений Навье-Стокса по методу конечного объема, реализованного в коммерческой программе ANSYS-CFX. Целью работы является исследование влияния градиента стековой температуры на акустическое давление и произведенную акустическую мощность. Этот градиент стековой температуры приводит к термоакустической неустойчивости в термоакустическом резонаторе на основе стоячей волны. Полученные результаты указывают на увеличение акустического давления и акустической мощности при увеличении градиента стековой температуры. Для различных градиентов стековой температуры иллюстрируются и наблюдаются термодинамические циклы термоакустического устройства.

Проведено экспериментальное исследование структуры пульсирующего потока воздуха в гладком канале. Пульсации потока искусственным образом накладывались на основной поток путем периодического перекрывания сечения на выходе из канала. Предложен метод определения дополнительных касательных напряжений в потоке, связанных с наложенной нестационарностью. Суть метода заключается в определении напряжений на основе динамики поля скоростей потока, измерения которого проводились оптическим методом по результатам цифровой видеосъемки картины течения. Получены профили скоростей, ускорений и дополнительных касательных напряжений в течение периода наложенных пульсаций.

Представлены результаты численного исследования тепловой эффективности пристенной газовой завесы, вдуваемой через наклонные отверстия в поперечную к потоку траншею. Расчет выполнен с использованием трехмерных осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса, турбулентность газа моделируется с применением модели переноса компонент рейнольдсовых напряжений. Проведено сравнение вдува через отверстия в траншею с традиционным способом охлаждения при вдуве без траншеи. Тепловая эффективность газовой завесы при вдуве через отверстия в траншею значительно превышает соответствующую величину для вдува без траншеи. Особое преимущество такого способа подачи охладителя достигается при больших параметрах вдува. При этом за счет формирования вихревых структур внутри траншеи обеспечивается более равномерное охлаждение защищаемой поверхности в поперечном направлении. Сопоставительный анализ свидетельствует о качественном соответствии между результатами измерений и расчетов.

В работе численно исследованы плоские колебания эллиптического сосуда, полностью заполненного вязкой несжимаемой жидкостью. Определено характерное время затухания колебаний в зависимости от значений параметров системы, найдены значения параметров, при которых это время минимально. Представлены картины течения жидкости в полости.

Методом просвечивания образцов узким пучком гамма-излучения измерены плотность и коэффициенты теплового расширения жидких сплавов калий-свинец (30,01, 39,99, 50,00, 66,66, 84,40 и 90,70 ат. % Pb) в интервале температур от линии ликвидуса до 975 K. Погрешность измерения плотности оценивается в ± 0,2–0,4 %. Проведено сопоставление полученных результатов с литературными данными. Построены и проанализированы температурные и концентрационные зависимости термических свойств жидкой системы K–Pb.

Рассматривается обтекание экспериментальных моделей в закрытой рабочей части аэродинамической трубы малых скоростей в двумерном приближении. В качестве контура сопла, рабочей части и диффузора принят контур в плоскости симметрии аэродинамической трубы Т–324 Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича (ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск). Дано сравнение экспериментальных и расчетных данных о распределении скоростей и скоростного напора в рабочей части. Проведен анализ влияния размеров модели, помещенной в рабочую часть трубы, на значения ее аэродинамических коэффициентов. В качестве аэродинамической модели рассматриваются профиль NASA0012 и круговой цилиндр. При длине хорды профиля b = 20 % высоты сопла значения его аэродинамических коэффициентов в свободном потоке и в рабочей части близки друг к другу вплоть до углов атаки α = 7°, что соответствует коэффициенту загромождения ξ ≈ 7 %. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности учета не только загромождения потока моделью, но и длины этой хорошо обтекаемой модели при выборе ее масштаба. В случае сильно затупленного тела с большим коэффициентом лобового сопротивления допустимый коэффициент загромождения может достигать ξ = 10 %.

Сформулирована задача создания и оснащения экспериментальной базы бесконтактными оптико-электронными средствами контроля процессов горения в камере сгорания газотурбинного двигателя. Представлена структура, основные технические характеристики образца-демонстратора оптико-электронной системы, разработанной в ходе выполнения программы реализации базовых критических технологий для создания авиационного газотурбинного двигателя ПД-14. Приведены результаты стендовых испытаний на модельной установке.

В работе представлена методика комплексного исследования теплового излучения гетерогенных продуктов сгорания в факеле модельного ракетного двигателя. Реализация методики позволила получить полную информацию по результатам всех этапов вычислений. Проанализирована зависимость оптических свойств (комплексного показателя преломления), радиационных характеристик (коэффициентов и сечений) и характеристик излучения (плотностей потоков, степеней черноты) от основных определяющих факторов и параметров. Методом вычислительного эксперимента установлено, что присутствие газовой фазы в продуктах сгорания приводит к ярко выраженной селективности излучения, вследствие чего использование серого приближения в расчетах теплового излучения неоправданно. Исследовано влияние оптических свойств, массовой доли, функции распределения частиц по размерам, температуры продуктов сгорания на тепловое излучение в факеле модельного ракетного двигателя. Количественно установлена роль «прожекторного» эффекта — увеличение энергии излучения выхлопных продуктов сгорания за счет рассеяния на частицах конденсата излучения из камеры сгорания.

Разработана математическая модель наполнения нефтью резервуара цилиндрической формы — купола сепаратора, предназначенного для сбора нефти при ее разливе на дне водоема. Описаны два этапа наполнения купола нефтью, определены зависимости температуры слоя раствора спирта в куполе от времени, движение границы раздела слоев нефти и раствора спирта.

17 июня 2015 г. исполняется 75 лет крупному ученому, механику и математику, академику Роберту Искандеровичу Нигматулину.

26 июня 2015 года исполняется 80 лет доктору технических наук, лауреату Государственной премии России в области науки и техники, заслуженному деятелю науки России, профессору Анатолию Петровичу Бурдукову.