Главная – Журналы – Прикладная механика и техническая физика 2024 номер 1

Исследуются характеристики процесса сжигания жидкого (дизельного) топлива в высокоскоростной струе перегретого водяного пара в камере сгорания водогрейного котла при тепловой мощности горелочного устройства, приближенно равной 40 кВт. Показано, что созданное на основе применения технологии распыления топлива паровой струей горелочное устройство соответствует современным техническим, экологическим стандартам и имеет ряд преимуществ по сравнению с аналогами. Установлено, что добавление пара позволяет в несколько раз уменьшить концентрацию CO и NO_x в продуктах сгорания. При этом объем выбросов монооксида углерода и оксидов азота при использовании исследуемой конструкции горелки значительно (в 2,5 и 1,4 раза соответственно) меньше, чем при использовании серийного аналога горелочного устройства фирмы Weishaupt. Представлены рекомендации по оптимизации работы такого рода устройств

Представлены результаты экспериментального исследования распада струи, состоящей из двух соосных струй несмешивающихся жидкостей, при вариации расходов фаз. В качестве рабочих жидкостей использовались дистиллированная вода и смесь полиметилсилоксанов. Определены режимы распада струи и типы образующихся капсул, а также размеры однокамерных капсул, образующихся под действием капиллярной неустойчивости. Измерены собственные частоты поверхностной неустойчивости

Представлены результаты испытаний на растяжение и малоцикловую усталость образцов из алюминий-литиевого сплава системы Al-Mg-Li, полученных методом лазерно-плазменной резки, проведенной импульсным СО₂-лазером в струе аргона при одновременном воздействии на материал лазерного излучения и плазмы оптического разряда. В результате испытаний на малоцикловую усталость установлено, что количество циклов нагружения, которые выдержал образец, полученный методом лазерно-плазменной резки, более чем в два раза превышает количество циклов, которые выдержали образцы, полученные обычной лазерной резкой непрерывным излучением

Решена двумерная нестационарная задача о развитии волнового движения в двухслойной жидкости конечной глубины, ограниченной сверху ледяным покровом, который моделируется тонкой упругой пластиной с учетом сил продольного сжатия. Рассмотрены случаи, когда в невозмущенном состоянии один из слоев покоится, а в другом (верхнем или нижнем) горизонтальная скорость потока линейно меняется по толщине. Определены дисперсионные зависимости для трех волновых мод, возникающих при наличии сдвигового потока. Вычислены вертикальные прогибы ледяного покрова, обусловленные включением пульсирующего источника возмущений, расположенного в изначально неподвижном слое жидкости. Рассмотрен также частный случай, когда жидкость ограничена сверху твердой крышкой. Задача рассматривается в линейной постановке, жидкость полагается идеальной и несжимаемой

Численно и экспериментально исследуется влияние степени нерасчетности (n =1,18÷3,35) неизобарической сверхзвуковой струи колебательно-возбужденного газа SF₆, истекающей из конвергентного осесимметричного сопла диаметром 0,25 мм. Эксперименты, в которых исследовалась газодинамическая структура струй, проведены на специально созданном струйном стенде Института теоретической и прикладной механики СО РАН. Численное моделирование проводилось на основе решения двумерных уравнений Навье - Стокса с помощью пакета ANSYS Fluent в рамках модели термически совершенного газа. Влияние возбуждения колебательных степеней свободы газа SF₆ исследовано как для случая равновесного газа, так и для случая колебательно-неравновесного газа. Для моделирования неравновесности колебательных степеней свободы использовалась двухтемпературная модель релаксационных течений. Показано, что степень нерасчетности струи газа SF₆ влияет на изменение длины ячеек волновой структуры, вследствие чего меняется скорость колебательной релаксации. Получена зависимость коэффициента уменьшения амплитуд плотности в газодинамических ячейках от степени нерасчетности

На основе уравнений неизотермической двухфазной фильтрации рассматривается задача о движении растворенной соли в тающем снеге. Теплопроводность снега и зависимость температуры замерзания воды от солености верифицированы с помощью известных экспериментальных данных. Численные эксперименты позволили оценить влияние наличия растворенной соли на фазовый переход

Исследуется влияние амплитуды вносимых в ламинарное струйное течение дефлекторов на коэффициент линейного изменения радиальной компоненты стационарного возмущения. Описаны метод внесения возмущений и метод их измерения. Показано, что уменьшение амплитуды дефлекторов не приводит к изменению картины течения, не предотвращает возникновение алгебраического механизма роста и вызывает пропорциональное уменьшение радиальной компоненты стационарного возмущения скорости. Переход к турбулентному режиму происходит после достижения определенного значения радиального расширения, не зависящего от начальной амплитуды вносимого возмущения

Представлены результаты экспериментального изучения влияния распределенных двигателей силовой установки, расположенной за задней кромкой ниже по течению, на структуру отрывного обтекания трапециевидной модели типа "летающее крыло" в дозвуковой аэродинамической трубе. Получены картины визуализации пристенного течения на подветренной стороне модели в режиме заблокированных двигателей и при скорости вращения рабочего колеса 32,800 об/мин в диапазоне углов атаки крыла 5÷20°. Учитывалось пространственное расположение силовой установки относительно задней кромки, когда ось вращения рабочего колеса двигателя совпадает с продолжением линии хорды крыла или находится выше нее. Изучена возможность управления отрывным обтеканием с помощью источников стационарного возмущения в виде конусов и ребер, установленных в особых точках на поверхности крыла

Проводится исследование зависимости эффективности диспергирования жидкости форсункой от энергии спрея. Выполнен анализ зависимости максимальных значений энергии от расхода жидкости. При расходе жидкости менее 80 г/с получена линейная зависимость, что указывает на высокую эффективность диспергирования. При значениях расхода, превышающих 80 г/с, наблюдается резкое уменьшение энергии капель, что приводит к увеличению размеров капель спрея и свидетельствует об ухудшении качества распыления. Данная закономерность наблюдается во всех рассмотренных режимах

Проведено численное исследование локальной структуры течения в газокапельном турбулентном потоке за одиночной преградой при различных значениях начальной массовой концентрации и диаметра дисперсной фазы. Проанализировано влияние испаряющихся капель при обтекании одиночной квадратной преграды на локальные осредненную и пульсационную структуры течения, а также на процесс распространения дисперсной фазы. Установлено, что профили осредненных продольных компонент скорости газовой и дисперсной фаз подобны соответствующему профилю в случае однофазного режима течения. Скорость газа в газокапельном потоке несущественно (менее чем на 3 %) превышает соответствующее значение в однофазном течении. Показано, что кинетическая энергия турбулентности увеличивается по мере приближения к преграде. Максимальное значение кинетической энергии турбулентности газовой фазы получено на преграде высотой h при x/h = -1÷0. Это значение более чем на 50 % превышает значения кинетической энергии турбулентности перед преградой и за ней

Предложен подход к моделированию гемодинамики в артериовенозной мальформации и ее сосудистом окружении при проведении нейрохирургической операции по эмболизации. Данный подход основан на сопряжении фильтрационной модели течения крови и эмболического агента внутри патологии с гидравлическим приближением для окружающих патологию сосудов. Математически модель описывается системой интегродифференциальных гиперболических уравнений. Для определения параметров и функций, входящих в модель, используются реальные клинические данные пациентов. На основе модели поставлена и численно исследована в специальном классе управлений задача об оптимальном управлении многоэтапной эмболизацией. Найдены оптимальные режимы эмболизации, для которых расчетные данные хорошо согласуются с клиническими. Предложенный подход может быть использован для разработки предоперационных рекомендаций об оптимальной тактике хирургического вмешательства

Определены размеры и скорость всплытия пузырей в неподвижной жидкости в наклонном канале с круглым сечением при различных значениях расхода газа через капилляр (3,0÷5,5 мл/мин). Исследование размеров газовых пузырьков и их скорости проводилось с использованием метода теневой фотографии. Показано, что в диапазоне углов наклона канала 40÷60° возможно формирование устойчивых пузырьковых структур - кластеров, состоящих из пузырей одинакового размера (1,5÷1,8 мм). В режимах без формирования кластеров-цепочек средний диаметр газовых пузырей увеличивался (2,0÷2,2 мм) за счет их коалесценции

С помощью прямого численного моделирования исследуется влияние нагрева стенок на характеристики обратного пристенного течения, возникающего при турбулентном течении различных теплоносителей в канале с квадратным поперечным сечением. Поле температур рассматривается как в приближении пассивной примеси, так и в приближении малого числа Маха. Получены качественные и количественные результаты, характеризующие вероятность возникновения обратных пристенных течений во всех рассматриваемых случаях при числе Рейнольдса Re = 3150, вычисленном по среднерасходной скорости и полувысоте канала. Установлено, что в рассмотренных случаях нагрев стенок приводит к увеличению вероятности образования обратных пристенных течений в среднем в 2-3 раза

С использованием полученных ранее аналитических формул для собственных частот и форм колебаний неоднородных стержней с переменным сечением (корсетной формы) определены геометрические и упругие характеристики образцов, а также выполнены оценки амплитуд осевых напряжений, полученных при проведении экспериментальных исследований усталостной прочности металлических сплавов при высокочастотном циклическом нагружении. На основе трехрежимной модели усталостного разрушения предложен численный метод расчета кинетики повреждаемости при высокочастотном циклическом нагружении растяжением-сжатием образцов корсетной формы при различных значениях коэффициента асимметрии цикла. Проведено сравнение результатов расчетов по предложенной модели с результатами экспериментов на образцах корсетной формы из титанового сплава. Предложенные модель и метод расчета позволяют с достаточной точностью строить усталостные кривые для различных режимов циклического нагружения и коэффициентов асимметрии цикла. Для этого достаточно знать базовые точки бимодальной усталостной кривой для реверсивного цикла

Проведено исследование нелинейных колебаний, выпучивания и аэроупругости тонкой композитной пластины. Рассмотрены способы симметричной и антисимметричной укладки различного количества слоев под различными углами в диапазоне от 0 до 90°. Изучено поведение пластины при постоянных и переменных тепловых нагрузках с учетом зависимости коэффициента удельной теплоемкости и модуля упругости от температуры. Исследовано влияние на поведение пластины наличия в ней дефектов геометрии. С использованием метода Галеркина система дифференциальных уравнений в частных производных сведена к системе обыкновенных дифференциальных уравнений, которая решена методом Рунге - Кутты

Рассматривается уравнение теплопроводности связанной динамической теории термоупругости. Проводится оценка связанности в уравнении теплопроводности для пространства с постоянной начальной температурой, содержащего движущуюся с постоянной скоростью плоскую полубесконечную трещину, на берегах которой мгновенно устанавливается постоянная температура, меньшая начальной (термоудар). Движение трещины и термоудар на ее берегах определяют динамические эффекты, которые необходимо учесть для оценки связанности в уравнении теплопроводности. Показано, что в реальных условиях теплового воздействия на массивные тела с трещинами динамическими эффектами и связанностью для материалов, удовлетворяющих определенным условиям, налагаемым на их термомеханические постоянные, можно пренебречь, что позволяет значительно упростить решение задач термоупругости для таких тел

Решается задача о вынужденных изгибных колебаниях стержня-полосы с двумя консолями и закрепленным участком конечной длины на одной из лицевых поверхностей. Для описания процессов деформирования консолей используется модель Тимошенко без учета поперечного обжатия, закрепленного участка - такая же модель деформирования с учетом поперечного обжатия, модифицированная за счет учета наличия неподвижного закрепленного участка. Сформулированы условия кинематического сопряжения консолей и закрепленного участка. На основе вариационного принципа Гамильтона - Остроградского сформулированы уравнения движения и граничные условия, а также силовые условия сопряжения участков стержня. Получены точные аналитические решения уравнений движения при воздействии гармонической поперечной силы на конце одной из консолей стержня. Проведены численные эксперименты, в которых исследовалось прохождение резонансных колебаний через закрепленный участок конечной длины в стержнях, выполненных из дюралюминия и волокнистого композита, с учетом и без учета поперечного обжатия закрепленного участка. Обнаружено значительное увеличение амплитуды колебаний конца ненагруженной консоли дюралюминиевого стержня за счет поперечного обжатия закрепленного участка. Для композитного стержня амплитуда колебаний увеличилась незначительно

Представлены результаты экспериментальных измерений температуры пламени при наличии импактной поверхности и жидкой фазы, добавленной в поток. Для измерения температуры использовались методы на основе лазерно-индуцированной флюоресценции. Для пламени предварительно перемешанной метановоздушной смеси при значениях стехиометрического коэффициента Φ = 0,92 и числа Рейнольдса Re = 1000 обнаружена зона обратного течения вблизи импактной поверхности в случае, когда эта поверхность расположена на расстоянии от среза сопла, равном трем калибрам. С использованием метода лазерно-индуцированной флюоресценции измерено поле температуры газокапельного пламени