Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2018 номер 3

Рассмотрено предложение по использованию техники аэробаллистического эксперимента для проведения исследований характеристик ударных волн (звукового удара) на больших расстояниях от свободно летящей модели. Выполнен анализ основных технических решений, обеспечивающих возможность реализации предлагаемой экспериментальной установки с диапазоном скоростей полета исследуемых моделей от 1 до 2 чисел Маха. Приведен список научно-технических задач, относящихся к изучению характеристик звукового удара в средней и дальней зонах, которые могут быть экспериментально исследованы при помощи предлагаемой установки.

С помощью метода крупных вихрей LES рассчитывается пространственное турбулентное обтекание цилиндра несжимаемой жидкостью при числе Маха M = 0,1 и числе Рейнольдса Re = 9×10⁴, а также течение в следе за ним. Для пульсационных составляющих подъемной силы и силы лобового сопротивления получены результаты, совпадающие с экспериментальными данными. Звуковое давление в дальнем поле определяется при помощи интегрального метода Фокса Уильямса и Хокингса по акустической аналогии. Использованы пять различных источников звука в виде как сплошной поверхности цилиндра, так и проницаемых поверхностей, размещенных вокруг нее. Спектры звукового давления, как правило, количественно согласуются с измеряемыми величинами, хотя акустические источники при моделировании в данном подходе являются псевдозвуковыми. В работе точно спрогнозирована акустическая составляющая числа Струхаля, связанная с вихревой пеленой. Изучается генерация звука объемными источниками, основанными на тензорах Лайтхилла в вихревой пелене. Его направленность в поле дальней зоны представляется поперечным квадруполем со слабым излучением как вдоль, так и поперек потока.

Представлены результаты численного моделирования течения в осесимметричном канале, включающем лобовой воздухозаборник с воронкообразным участком начального сжатия сверхзвукового потока и с горловым цилиндрическим участком, а также последующий (цилиндрический или расширяющийся) диффузор, при торможении потока в котором формируется псевдоскачок. Рассмотрены условия течения при числе Маха набегающего потока М = 6. Численные расчеты течения проведены на основе уравнений Навье-Стокса с использованием модели турбулентности k-w SST . В результате расчетов определены такие параметры течения, как положение начала псевдоскачка, длина его сверхзвукового участка, распределение давления на поверхности канала, потери полного давления, а также характеристики турбулентности потока. В частности, рассмотрены изменение по длине псевдоскачка интенсивности турбулентности и турбулентной вязкости и возможность определения по этим характеристикам положения сечения, в котором псевдоскачок можно считать завершившимся.

Рассматривается задача пространственного обтекания гиперзвукового летательного аппарата потоком химически равновесного воздуха при движении по траектории под различными углами атаки. В рамках сопряженной постановки задачи рассчитаны состояние газа в пограничном слое, тепловой режим обтекаемого тела, состоящего из различных композиционных материалов, характеристики уноса тепловой защиты. Физические явления в конденсированном состоянии углеродосодержащих покрытий имеют сложный характер, обусловленный протеканием процессов нагрева, пиролиза, гетерогенного окисления и сублимации, что приводит к разрушению теплозащитного материала. Показано, что применение различных материалов пассивной тепловой защиты может обеспечить значительное снижение температуры поверхности, характеристик термохимического разрушения и позволяет управлять режимами тепломассообмена при движении тела.

Выполнены измерения поверхностного трения на плоских и гексагональных вогнутых поверхностях с использованием традиционного метода диаграмм Клаузера и интерферометрии масляной пленки. Установлено, что значения коэффициентов сдвиговых напряжений, измеряемых традиционным методом диаграмм Клаузера на плоской пластине, на 13 % выше значений, определенных интерферометрией масляной пленки. Профили скорости, необходимые для диаграмм Клаузера, получены с помощью термоанемометрии. Анализ результатов измерений позволил предположить, что из-за наличия сильных градиентов давления традиционный метод диаграмм Клаузера не пригоден для использования при прогнозировании сдвиговых напряжений, воздействующих на шестиугольные вогнутые поверхности. Интерферометрия масляной пленки не только обеспечивает точные и прямые значения коэффициентов сдвиговых напряжений, но и помогает визуализовать поток над поверхностью.

Представлены результаты исследования нестационарной динамики потока в газовом факеле с сильной закруткой, распадом и прецессией вихревого ядра панорамными оптическими методами, а также результаты теоретического анализа наиболее быстро растущих мод гидродинамической неустойчивости потока. Определены характеристики автоколебательной моды на начальном участке турбулентного течения закрученной пропано-воздушной струи, горящей в атмосферном воздухе в форме поднятого пламени. Анализ данных методом главных компонент и линейный анализ устойчивости выявил, что эволюция доминирующей в потоке автоколебательной моды соответствует квазитвердому вращению с практически постоянной угловой скоростью когерентной пространственной структуры, состоящей из спиралевидного вихревого ядра струи и двух винтовых вторичных вихрей.

Представлены результаты численного исследования теплогидравлической эффективности, а также течений и теплообмена в теплообменнике с каналом квадратного поперечного сечения, в который вставлена пластина с волнообразной поверхностью, где волна имеет форму прямоугольного треугольника. Исследовано влияние углов атаки (30°, 45° и 60°) для ламинарного течения (Re = 100÷2000). Рассматриваются различные конфигурации волнистых поверхностей: наклонные и V-образные волнистые поверхности. Вставки волнообразных поверхностей в канал теплообменника подразделялись на два типа в зависимости от их расположения: в середине проходного сечения канала или по его диагонали. Результаты расчетов продемонстрировали, что максимальный показатель теплогидравлической эффективности (TEF) равен 2,31 при Re = 2000 для диагональной вставки волнистой V-образной поверхности с углом при вершине 30^o, направленной вниз по потоку.

Проведено численное моделирование свободноконвективного течения через квадратную камеру, заполненную пористой средой, насыщенной жидким галлием, при наличии однородного вертикального/горизонтального магнитного поля. Нижняя стенка камеры полагается нагретой равномерно, верхняя ¾ теплоизолированной, левая ¾ нагревается линейно, а правая ¾ нагревается линейно или полагается холодной. Для решения уравнений Навье-Стокса, описывающих течения несжимаемой жидкости, используется метод конечных элементов взвешенных невязок Галеркина, при этом для исключения давления применяется метод штрафных функций. Численные результаты, полученные на сетке для широкого диапазона физических параметров течения, отображены в табличной форме. Для проверки точности результатов вычислений проводится их сравнение с результатами предыдущих исследований. Установлено, что интенсивность циркуляции вдоль линий тока значительно увеличивается с ростом числа Дарси, в то время как присутствие вертикального магнитного поля вместо горизонтального приводит к более медленному увеличению интенсивности циркуляции вдоль линий тока. В случае линейно нагретой правой стенки среднее число Нуссельта является возрастающей функцией числа Дарси. Показано, что наличие вертикального магнитного поля приводит к более высоким значениям среднего числа Нуссельта вдоль нижней и боковых стенок полости по сравнению с горизонтальным магнитным полем. В случае холодной правой стенки присутствие горизонтального магнитного поля приводит к более высоким значениям среднего числа Нуссельта по сравнению с вертикальным полем, а среднее число Нуссельта уменьшается по мере продвижения вдоль нижней и правой стенок и увеличивается вдоль левой стенки с увеличением расстояния.

Методами математического моделирования поставлена и решена задача радиационно-кондуктивного нагрева и последующего таяния льда в климатической камере в однофазном приближении задачи Стефана с учетом возникающей тонкой пленки воды на облучаемой поверхности. Получены поля температур и плотности потока результирующего излучения, а также темпы таяния и нагрева необлучаемой поверхности льда. Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными показало удовлетворительное согласование.

Приведены результаты математического моделирования процессов термической подготовки и воспламенения капель водоугольного топлива в условиях радиационно-конвективного нагрева. Полученные данные демонстрируют хорошее соответствие теоретических и экспериментальных значений интегральных характеристик процесса зажигания ¾ времен задержки воспламенения. Показано, что радиационная составляющая теплообмена оказывает влияние на характеристики и условия зажигания. Увеличение размеров топливной частицы приводит к росту этого влияния. Выполнен анализ прогностического потенциала различных моделей радиационного теплопереноса. Показано, что времена задержки воспламенения, рассчитанные с применением моделей лучистого теплообмена типа «серая стенка», хорошо согласуются с их экспериментальными значениями. В то же время использование метода, основанного на приближении диффузии излучения, приводит к расчетным значениям времен задержки воспламенения, существенно превышающим экспериментальные значения. Обосновано, что в процессе инициирования горения водоугольной частицы решающая роль принадлежит не термохимическому взаимодействию горючего с окислителем, а комплексу совместно протекающих процессов термической подготовки, к которым относятся радиационно-конвективный нагрев, испарение воды и термическое разложение.

Предложена математическая модель, которая позволяет прогнозировать значительное увеличение теплопроводности наножидкости при учете броуновского движения. Исследовалось влияние броуновского движения на течения и характеристики теплообмена. Расчеты выполнялись для различных видов наночастиц, таких как CuO, Al₂O₃ и ZnO, диспергированных в базовой жидкости (воде), с их объемной долей j от 1 до 6 % при фиксированном числе Рейнольдса Re = 450 и диаметре наночастиц d _пр = 30 нм. Результаты показали, что броуновское движение может оказывать значительное влияние на повышение теплопроводности наножидкости. Наножидкость с частицами Al₂O₃ продемонстрировала самое высокое число Нуссельта по сравнению с другими видами наножидкостей, а наножидкость с частицами ZnO ¾ самое низкое. Влияние цилиндра с квадратным сечением на характеристики теплопередачи также оказывается значительным при наличии броуновского движения. Максимальные значения числа Нуссельта увеличиваются на нижней и верхней стенках канала соответственно на 29 и 26 % при наличии броуновского эффекта и цилиндра квадратного сечения по сравнению со случаем без броуновского движения. С другой стороны, результаты показывают заметное улучшение теплообмена по сравнению с базовой жидкостью, которое более выражено на верхней стенке при большем j .

Рассматривается тепловой аккумулятор, основанный на применении материалов с фазовым переходом «твердое тело-жидкость», для системы терморегулирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры периодического и кратковременного действия. Для интенсификации теплообмена в конструкции данного устройства использованы ребра, выполненные из гипертеплопроводящих пластин. На основе численного моделирования исследована динамика температурных полей и фазовых превращений в объеме теплового аккумулятора. Результаты расчетов показали, что применение ребер в виде гипертеплопроводящих пластин позволяет существенно снизить амплитуду температурных колебаний на посадочном месте блока радиоэлектронной аппаратуры.

1 апреля 2018 года ушел из жизни выдающийся российский ученый-теплофизик и теплоэнергетик, действительный член Российской академии наук Владимир Елиферьевич Накоряков.

28 марта 2018 года ушел из жизни известный ученый в области плазмодинамики дисперсных систем, математического моделирования плазменных технологий, разработки научных основ плазменного напыления покрытий, обработки и синтеза порошковых материалов, доктор технических наук, профессор Олег Павлович Солоненко.