Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2016 номер 2

Исследовано стекание вязких пленок жидкости вдоль наклонной гофрированной (синусоидальной) поверхности. Расчеты проведены с использованием интегральной модели. В рамках теории Флоке рассмотрена устойчивость нелинейных стационарных течений к произвольным возмущениям. Показано, что для каждого типа гофрирования существует критическое число Рейнольдса, при котором появляются неустойчивые возмущения. Установлено, что это значение существенно зависит от физических свойств жидкости и геометрических параметров течения. В частности, в случае стекания пленки вдоль гладкой стенки критический параметр волнообразования зависит только от угла наклона поверхности течения. Найдены значения параметров гофрирования (амплитуды и периода), при которых стекание пленки вдоль волнистой стенки устойчиво к произвольным возмущениям в диапазоне значений числа Рейнольдса вплоть до умеренных. Такие значения параметров существуют при всех рассмотренных углах наклона поверхности течения.

Для повышения эффективности токового воздействия на металлические кумулятивные струи предлагается использовать ``отсечку'' емкостного накопителя в момент, когда напряжение на нем при протекании периодического разряда становится равным нулю. Показано, что данный прием позволяет исключить перезарядку емкостного накопителя и добиться лучшей согласованности токового импульса со временем движения различных участков кумулятивной струи через межэлектродный промежуток. Исследования проводились с использованием расчетной методики, в которой в качестве возможных физических механизмов снижения проникающей способности кумулятивных струй при мощном токовом воздействии рассматривались развитие магнитогидродинамической неустойчивости струи и диспергирование ее материала.

Исследована возможность использования хромоникелевого сплава в качестве материала зондов для диагностики плазмы газовых разрядов. Разработан симметричный тройной ленгмюровский зонд с управляющей схемой, проведено его испытание в индуктивно связанной плазме, которая создавалась радиочастотным генератором (13,56 МГц), включенным в систему автоматического согласования импеданса. C помощью такого зонда получены зависимости электронной температуры, плотности электронов и силы тока ионного насыщения от мощности радиочастотного генератора и давления газа в разрядной камере. Обнаружено, что при увеличении входной радиочастотной мощности температура и плотность электронов увеличиваются, а с увеличением давления азота в камере - уменьшаются. Суммарная погрешность измерений электронной температуры составила 5-12 %, плотности электронов - 3-13 %.

Поставлена и решена обратная задача определения вида и параметров закрепления концов трубы по собственным частотам ее изгибных колебаний в случае течения жидкости по трубе. Доказана единственность решения задачи, показана ее корректность по Тихонову. Предложен метод решения обратной задачи, приведены примеры решения.

Приведены результаты экспериментальной проверки предложенной Л. Н. Сретенским линейной теории гравитационных волн в лотке, частично заполненном водой и колеблющемся горизонтально по гармоническому закону. Показано, что эта теория предсказывает существование безграничного упорядоченного счетного множества режимов генерации неустойчивых волн. Экспериментально подтверждено, что волны неустойчивы, если частота колебаний лотка совпадает с какой-либо частотой нечетной моды стоячих волн. Установлено, что при четных собственных частотах колебаний лотка теория предсказывает амплитуды волн с точностью до постоянного слагаемого. Эксперимент показал, что в этом случае волны устойчивы и имеют минимальные амплитуды.

Представлены результаты экспериментальных исследований и численного моделирования автоколебаний в сверхзвуковой радиальной струе, вытекающей из плоского радиального сопла в затопленное пространство. Показано, что в струе развиваются изгибные колебания, приводящие к ее разрушению. Установлено, что большую роль в образовании автоколебаний играет обратная связь, которая осуществляется звуковыми волнами в газе, окружающем сверхзвуковую струю.

На основе линейной теории исследована устойчивость вязких возмущений в сверхзвуковом плоском течении Куэтта колебательно-возбужденного газа, описываемых системой линеаризованных уравнений двухтемпературной газовой динамики, включающих сдвиговую и объемную вязкости. Показано, что в спектре задачи устойчивости плоских волн, как и в случае совершенного газа, выделяются два множества. Одно из них состоит из вязких акустических мод, которые при больших числах Рейнольдса сходятся к четным и нечетным невязким акустическим модам. Собственные значения из другого множества не имеют асимптотической связи с невязкой задачей и характеризуются большими декрементами затухания. Выделены две наиболее неустойчивые вязкие акустические моды I и II, пределы которых рассматривались ранее в невязком приближении. Показано, что для обеих мод в пространстве параметров задачи существуют области, в которых наличие вязкости вызывает сильную дестабилизацию течения, причем декременты нарастания возмущений существенно превышают соответствующие значения для невязкого течения, в то же время термическое возбуждение во всем расчетном диапазоне параметров повышает устойчивость вязкого потока. Установлено, что в случае колебательно-возбужденного газа критические числа Рейнольдса в зависимости от степени термической неравновесности на 12 \% больше, чем в случае совершенного газа.

Получено решение задачи о затухающем движении гидромеханической системы, состоящей из вязкой жидкости и граничащих с ней твердых стенок. Определено условие, при выполнении которого происходит резкое торможение гидромеханической системы.

Рассматривается двумерная задача об обтекании неньютоновской жидкостью со степенным реологическим законом горизонтально расположенного цилиндра с квадратным поперечным сечением. Задача решается численно с использованием метода конечных объемов, коммерческого пакета программ Ansys Fluent, большой расчетной сетки для моделирования отсутствия границ (безграничной жидкости) при значениях показателя степени 0,1-2,0 и числа Рейнольдса 0,001-45,000. Установлено, что при малых значениях числа Рейнольдса и показателя степени (n ≤ 0,5) коэффициент сопротивления удовлетворяет соотношению CD = A / Re. Также установлено, что величина A является степенной функцией. Показано, что коэффициент сопротивления практически не зависит от показателя степени при больших значениях числа Рейнольдса, а длина вихревого следа нелинейно зависит от числа Рейнольдса и показателя степени.

Предложен метод определения коэффициента аэродинамического сопротивления пластины, гармонически колеблющейся в вязкой несжимаемой жидкости, основанный на измерении амплитуды прогибов консольно закрепленных тонких пластин при их затухающих изгибных колебаниях с частотой, соответствующей первой моде, и решении обратной задачи вычисления коэффициента сопротивления по найденному в эксперименте логарифмическому декременту колебаний балки.

Исследуется трехмерное магнитогидродинамическое течение жидкости Кэссона на нестационарно растягивающейся поверхности, помещенной в пористую среду. С использованием преобразований подобия нестационарные дифференциальные уравнения в частных производных сводятся к нелинейным обыкновенным дифференциальным уравнениям, которые решаются аналитически методом гомотопического анализа и численно методом стрельбы в сочетании с методом Рунге -- Кутты -- Фелберга. Проведено сравнение результатов, полученных в предельных случаях обоими методами, с известными данными. Исследовано влияние параметров жидкости Кэссона, магнитного поля и нестационарности на скорость и локальный коэффициент поверхностного трения.

Приведены результаты экспериментов, в которых круглый цилиндр, расположенный на одинаковом расстоянии от стенок прямоугольного канала, обтекался в поперечном направлении турбулентным потоком. С помощью PIV-метода получены данные о полях осредненной скорости вблизи цилиндра и по этим полям исследован ближний след за цилиндром, проведено сравнение кинематических характеристик для бескавитационного и кавитационного режимов обтекания. По векторным полям осредненной скорости определены углы отрыва пограничного слоя от поверхности цилиндра в рассмотренных режимах обтекания. Вычислены коэффициенты гидравлического сопротивления цилиндра для различных режимов обтекания. Показано, что при наличии кавитации вихревая зона за цилиндром и сопротивление увеличиваются. Также показано, что отрыв вихрей от цилиндра может происходить нерегулярным образом, несмотря на то что большую часть времени отрыв происходит квазипериодически.

Исследована работа газовой турбины со сдвоенным входом в условиях импульсного режима течения. С использованием кода Ansys-CFX решена задача о трехмерном сжимаемом турбулентном потоке. Показано, что полученные результаты хорошо согласуются с результатами расчетов по одномерной модели и экспериментальными данными.

Исследован процесс теплообмена в пограничном слое жидкости Джеффри при плавлении материала вблизи точки торможения на растягивающейся пластине при наличии магнитного поля. С использованием преобразований подобия управляющие уравнения пограничного слоя сведены к обыкновенным дифференциальным уравнениям. Полученные нелинейные задачи решены аналитически методом гомотопического анализа. Установлено, что с увеличением параметра плавления безразмерные скорость и температура уменьшаются, с увеличением числа Деборы скорость и толщина пограничного слоя увеличиваются.

С использованием уравнений пограничного слоя жидкости Олдройда-B с учетом теплообмена исследовано смешанное конвективное течение жидкости Олдройда-B при наличии теплового излучения, вызванное растяжением наклонной поверхности. Дифференциальные уравнения в частных производных преобразованы в обыкновенные дифференциальные уравнения. Выполнен численный анализ решений в виде сходящихся рядов. Получены значения локального числа Нуссельта. Исследовано влияние различных параметров на скорость и температуру.

С использованием метода дифференциального преобразования исследуется одномерная не подчиняющаяся закону Фурье теплопроводность в плите конечных размеров из функционально-градиентного материала, температура которой сначала однородна, а затем внезапно увеличивается на одной поверхности, в то время как другая поверхность остается теплоизолированной. Получено общее уравнение гиперболической теплопроводности. Задача решена аналитически с использованием преобразования Лапласа, результаты на конечном временном интервале получены численно с использованием обратного преобразования Лапласа. Проведено сравнение полученных результатов с точным решением и показано, что они хорошо согласуются.

В приближении Стокса и в предположении, что средняя температура поверхности частицы значительно отличается от температуры окружающей ее газообразной среды, выполнено теоретическое описание стационарного движения крупной аэрозольной частицы сферической формы во внешнем поле градиента температуры в отсутствие силы тяжести. С учетом степенного вида зависимости коэффициентов молекулярного переноса (вязкости, теплопроводности) и плотности газообразной среды от температуры решены уравнения газовой динамики. На основе численных оценок показан нелинейный характер зависимостей силы и скорости термофореза от средней температуры поверхности частицы.

Исследуются тепловая конвекция и теплоперенос во вращающемся вокруг горизонтальной оси цилиндрическом слое жидкости, на границах которого заданы различные постоянные температуры. Изучено влияние скорости вращения цилиндрического слоя жидкости на конвективный теплоперенос в этом слое. Результаты исследований представлены в зависимости от безразмерных параметров, характеризующих действие двух конвективных механизмов: центробежного и термовибрационного. Показано, что при малой скорости вращения полости теплоперенос определяется квазистационарной гравитационной конвекцией.

Приведены результаты экспериментального исследования деформационных и структурных параметров анизотропного сплава марки 1561. Установлено, что наименьшему значению коэффициента анизотропии соответствует формирование равноосной ультрамелкозернистой структуры, образующейся в температурно-скоростных условиях сверхпластичности.

Рассмотрена двумерная контактная задача о вдавливании трапециевидного штампа в гладкую упругую полуплоскость при последовательном воздействии нормального и изгибающего моментов. С использованием модели с наклонным плоским штампом проанализировано распределение давления и контактной деформации в зоне контакта. Проведено сравнение результатов, полученных аналитически и вычисленных с помощью метода конечных элементов, и показано, что высокий уровень точности достигается в обоих случаях. Исследовано влияние нормальной силы, изгибающего момента и величины внутренних углов штампа на контактные напряжения.

Определены деформационно-прочностные характеристики авиационных конструкций из упрочняющихся материалов при одноосном растяжении в условиях ползучести. Задача сводится к системе обыкновенных дифференциальных уравнений кинетической теории ползучести с одним скалярным параметром поврежденности. Для цилиндрических образцов из стали марки Ст.45 и пластин из титанового сплава марки 3В получены приближенные решения задачи с помощью неявного метода Эйлера и метода длины дуги в сочетании с явными методами семейства Рунге -- Кутты.

Методом конечных объемов c помощью алгоритма SIMPLE со встроенным магнитогидродинамическим кодом численно моделируются параметры двухфазной магнитореологической жидкости при различных условиях.