Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2016 номер 6

Приведено описание установки свободных колебаний с поперечной державкой, модели и режимов испытаний. Изложена методика испытаний и обработки данных. Получены аэродинамические характеристики момента тангажа модели в широком диапазоне чисел Маха. Проведено сопоставление квазистационарных данных с расчетными, а также демпфирующих производных с полученными ранее производными с применением донной державки и с результатами расчетов. Обнаружено, что модель обладает статической и динамической устойчивостью на всех режимах, за исключением М = 1,75 и 2,25, при которых возбуждаются незатухающие колебания.

Исследовано продольное обтекание тела вращения с отрывом ламинарного пограничного слоя в низкоскоростном воздушном потоке. Термоанемометрическим методом определены изменения поля скорости, вызванные локальным стационарным возмущением отрывной зоны в кормовой части экспериментальной модели. Обнаружено крупномасштабное влияние цилиндрического элемента неровности, установленного на обтекаемой поверхности, на пристенное течение. Полученные результаты обосновывают возможность управления отрывом ламинарного потока на осесимметричном теле сосредоточенным внешним воздействием.

На основе полных нестационарных уравнений Навье-Стокса сжимаемого газа проводится прямое численное моделирование линейных и нелинейных стадий развития неустойчивых возмущений различных мод и начальных стадий ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое на плоской пластине при числе Маха набегающего потока M = 6. Показано существенное влияние трехмерных неустойчивых возмущений на инициирование ламинарно-турбулентного перехода.

В настоящей работе проводится исследование характеристик потока в канале с периодическими холмами на основе трех алгоритмов расчета поля скорости потока по изображениям: Particle Image Velocimetry, Particle Tracking Velocimetry и Pyramid Correlation. Представлены описания алгоритмов, детальная информация об эксперименте, параметрах обработки полученных данных, а также приведены результаты расчетов мгновенных полей скорости в некоторые моменты времени, полученные соответствующими методами. Кроме того, проведено сравнение представленных техник на основе экспериментальных данных.

В статье приводятся результаты измерения касательных напряжений поверхностного трения с помощью тонкопленочных покрытий на основе холестерических жидких кристаллов и специализированного программного обеспечения цифровой обработки видеозаписи эксперимента. Получены калибровочные зависимости касательного напряжения от цветового тона, угла азимута и пространственное распределение напряжения при дозвуковом ( V _¥ = 84 м/с) турбулентном обтекании стенки канала с выступом ¾ прямоугольной трапецией в плане с углом при основании 46° (число Рейнольдса, вычисленное по высоте выступа h , Re _h = 2,57×10⁴) для двух геометрий эксперимента. Эксперименты продемонстрировали высокую чувствительность метода жидких кристаллов к перестройке структуры пристенного течения и возможность получения панорамной количественной информации о средних уровнях касательных напряжений.

Приводятся результаты визуализации течения и измерения скорости на поверхности с гексагональными впадинами и выступами. Изучено несколько конфигураций с вогнутой и выпуклой гексагональной структурой. Каждая гексагональная структура имеет глубину 2,7 мм, ширину 33 мм (ширина между впадинами) и отношение высоты к эквивалентному диаметру канала 0,05. Эксперименты проводились при скорости течения 19, 24 и 27 м/с. На переднем крае вогнутой конфигурации поток распадался на два вихря, вращающихся в противоположных направлениях, и распространялся далее по течению. Области циркуляции определялись пиками на кривых среднеквадратичных скоростей. В случае вогнутой конфигурации поток разделялся на вихревые структуры, вращающиеся в противоположном направлении в вертикальной плоскости, параллельной потоку. Нижний вихрь, вращающийся в противоположном к потоку направлении, вызывал перемещение полос масляной пленки вверх по течению. На задней кромке вогнутой гексагональной структуры наблюдались сложные циркулирующие области, расположенные подобно ломтикам апельсина.

Рассмотрен способ увеличения максимального давления в форкамере импульсной аэродинамической трубы с оппозитно расположенными для стабилизации параметров рабочего тела мультипликаторами. Для этого разработана схема трубы с дополнительным третьим мультипликатором, который подсоединяется к корпусу второго мультипликатора. Шток дополнительного мультипликатора находится в контакте с большой ступенью поршня второго мультипликатора, а надпоршневое пространство связано с ресивером трубы. Включение в схему дополнительного мультипликатора при максимальном располагаемом давлении толкающего газа 150-170 бар, определяемым стандартной величиной промышленного давления воздуха, используемого для наполнения ресивера трубы с толкающим газом, позволяет увеличить максимальное давление в форкамере в два раза: с 1100 бар до 2000-2200 бар. Для увеличения максимального давления в форкамере выше 2000-2200 бар одного дополнительного мультипликатора недостаточно ¾ одновременно необходимо увеличивать давление толкающего воздуха выше 150-170 бар.

Проведено численное моделирование методом конечных разностей теплообмена при ламинарном стационарном и пульсирующем течении в прямоугольных каналах с различным отношением длин сторон g для двух граничных условий: постоянной температуры стенки и постоянной плотности теплового потока на стенке. Для граничного условия первого рода установлено подобие распределений по периметру канала плотности теплового потока и касательного напряжения на стенках. Обсуждаются причины немонотонной зависимости длины начального термического участка от g . Для граничного условия второго рода объяснено отличие среднего по периметру числа Нуссельта при g ® 0 от его значения для течения в плоском канале. Для пульсирующего течения в квазистационарном режиме обнаружено увеличение среднего по периметру и периоду колебаний числа нуссельта при больших амплитудах колебаний средней по сечению скорости.

Проведено численное моделирование процесса формирования и эволюции волны сжатия на дисковой преграде при взрывном вскипании теплоносителя, вызванного торцевым разрывом трубопровода высокого давления. Рассчитаны амплитуды волн сжатия на преграде при различных временах и типах разрыва. Показано, что расчетное давление отраженной от преграды волны вблизи сопла отличается от теоретически предсказанного для идеального газа, а при удалении от сопла различия между расчетным и теоретическим значениями уменьшается. Проведено сравнительное моделирование истечения двухфазного теплоносителя с учетом скольжения фаз для различных размеров капель. Получены предельные размеры капель, для которых справедлива односкоростная гомогенная модель, т.е. эффект влияния скольжения фаз оказывается незначительным.

Рассмотрены закономерности взаимодействия капель сверхвысоковакуумных жидких рабочих тел космических капельных излучателей с поверхностями улавливающих устройств. Проведены сопоставления с характеристиками взаимодействия капель дистиллированной воды. Обоснована достижимость реализации в космосе режимов улавливания, характеризующихся отсутствием вторичного каплеобразования.

С использованием малоинерционного термоэлектрического преобразователя и системы высокоскоростной (до 10⁵ кадров в секунду) видеорегистрации изучены макроскопические закономерности изменения температуры в центре капли трехкомпонентного (уголь, вода, нефтепродукт) композиционного жидкого топлива (КЖТ) в течение индукционного периода при разной интенсивности нагрева потоком воздуха с варьируемыми параметрами: температурой 670-870 K, скоростью движения 1-4 м/с. Проведены исследования для двух групп составов КЖТ: на основе бурого угля и отхода обогащения (КЕК) каменного угля. Для оценки влияния жидкого горючего компонента КЖТ на характеристики процесса зажигания исследован соответствующий состав двухкомпонентного водоугольного топлива (ВУТ). Выделены стадии инертного прогрева капель КЖТ и ВУТ с характерным размером, соответствующим радиусу 0,75-1,5 мм, испарения влаги и жидкого нефтепродукта (для КЖТ), термического разложения органической части угля, зажигания газовой смеси, выгорания углерода. Установлены закономерности изменения температуры капель КЖТ и ВУТ на каждой из выделенных стадий в условиях совместного протекания фазовых превращений и химического реагирования. Проведен сравнительный анализ времен задержки зажигания и полного сгорания капель рассмотренных топливных композиций при варьировании их размеров, температуры и скорости движения потока окислителя.

Рассматривается воспламенение мелких частиц, т.е. необратимый рост температуры частиц с экзотермической гетерогенной реакцией, скорость которой аппроксимируется законом Аррениуса. Частицы находятся в газе с флуктуирующей температурой, на поверхности частиц происходит процесс теплоотдачи по закону Ньютона. Учитывается временная структура флуктуаций температуры газа. Современными методами функционального анализа получено замкнутое уравнение для функции плотности вероятности распределения актуальной температуры частиц. Флуктуации температуры газа существенно снижают порог воспламенения частиц в газе по сравнению с детерминированным случаем. Из уравнения для функции плотности вероятности найдена замкнутая система сопряженных уравнений для осредненной температуры и дисперсии флуктуаций температуры частиц. Представлены результаты расчетов, иллюстрирующие самоускоряющийся дрейф температуры частиц к температуре начала воспламенения.

Методом просвечивания образцов узким пучком монохроматического гамма-излучения исследованы относительные изменения плотности δρ_f натрия, калия, рубидия и висмута при плавлении-кристаллизации. Погрешность измерения скачков плотности составила 0,10-0,12 %. Проведено сопоставление полученных результатов с известными литературными данными и определены значения δρ_f, рекомендуемые в качестве справочных.

Проведены исследования структуры и трибологических свойств покрытий, сформированных из порошка ПН85Ю15. Покрытия наносились на заготовки из низкоуглеродистой стали по технологии воздушно-плазменного напыления с использованием узла кольцевого ввода и газодинамической фокусировки порошка. Предварительно были выполнены исследования эффективности нагрева и ускорения частиц указанного порошкового материала. Представлены результаты измерений температурного и скоростного распределений частиц на определенной дистанции напыления методом спектральной пирометрии и времяпролетным методом. В статье анализируется влияние тока дуги плазмотрона и количества пропан-бутана в потоке плазмы на структуру и свойства полученных покрытий. Установлено, что фазовый состав напыленных покрытий и исходного порошка одинаков: основной фазой является соединение Ni₃Al, кроме того, в структуре содержится фаза Ni₅Al₃. Показано, что увеличение количества пропан-бутана повышает пористость покрытий. Наиболее плотные покрытия (5,77 %) получены на токе дуги плазмотрона, равном 200 А, с пониженным количеством пропан-бутана. Максимальной пористостью (20,38 %) характеризуются покрытия, полученные при минимальном токе дуги, равном 100 А, с повышенным количеством пропан-бутана. Приведены результаты триботехнических испытаний покрытий в условиях трения скольжения со смазочным материалом по схеме диск-плоскость. С точки зрения получения более плотных покрытий с высокими эксплуатационными характеристиками оптимальными режимами плазменного напыления порошка марки ПН85Ю15 являются ток от 140 до 200 А и использование смеси воздуха и пропан-бутана только в качестве защитного газа (завеса анода).

В работе представлено сопоставление численных моделей дальнего турбулентного следа за буксируемым удлиненным телом вращения в однородной жидкости: модели, основанной на прямом численном моделировании, и двух полуэмпирических моделей, включающих уравнение баланса энергии турбулентности. Результаты расчетов демонстрируют автомодельность вырождения и согласуются с известными экспериментальными данными.

В работе представлены результаты численного моделирования сверхзвуковго обтекания затупленного конуса с одиночной цилиндрической шероховатостью на поверхности носовой части в трехмерной постановке. Показано, что элемент шероховатости поверхности искажает среднее течение и вызывает появление в пограничном слое малых по амплитуде возмущений с выделенными спектральными пиками.

В работе экспериментально и численно исследуются обратные потоки, возникающие при истечении газа из сверхзвукового сопла в вакуум. Обсуждаются возможности управления обратными потоками (их минимизации) с помощью газодинамических защитных устройств ¾ экранов, устанавливаемых на выходную часть сопла. Показано, что при неудачном выборе экрана возможно не уменьшение, а даже увеличение обратного потока.

С использованием метода молекулярной динамики проведено моделирование укладки белка в виде α-спиральной шпильки из развернутого состояния в компактное функциональное (нативное) состояние. Процесс укладки интерпретируется как стационарное движение сжимаемой «жидкости укладки». Показано, что плотности потоков укладки подчиняются тем же соотношениям подобия, что и скорости несжимаемой жидкости в классической теории турбулентности Колмогорова, с той разницей, что роль ключевого параметра, представляющего собой скорость изменения кинетической энергии на единицу массы жидкости, играет скорость изменения дисперсии потоков на единицу объема.