Главная – Журналы – Поиск по журналам

Представлены результаты численных и экспериментальных исследований параметров звукового удара для двух вариантов компоновок гражданских сверхзвуковых самолетов. Для численного моделирования используется комбинированный метод, основанный на расчете пространственного обтекания в ближней зоне компоновки и последующем определении параметров возмущенного течения на больших удалениях от исследуемой модели. Результаты численного моделирования сопоставляются с экспериментальными параметрами звукового удара, измеренными в ближней зоне, и результатами их пересчета (в рамках квазилинейной теории) на большие расстояния. Подобная валидация позволила определить степень адекватности невязкой модели Эйлера для решения поставленной задачи. Обсуждаются причины некоторого несоответствия расчетных и экспериментальных данных. Проведенный анализ подтверждает возможность снижения уровня звукового удара создаваемого сверхзвуковым пассажирским самолетом с нетрадиционной компоновкой, выполненной по схеме тандемного расположения двух крыльев на фюзеляже.

Изучено влияние эффектов разреженности в задаче гиперзвукового обтекания профиля с затупленной передней кромкой в режимах течения, когда радиус затупления кромки сопоставим с длиной свободного пробега в набегающем потоке. Течение у цилиндрически затупленной толстой пластины под нулевым углом атаки численно моделировалось в переходном режиме с использованием метода прямого статистического моделирования Монте−Карло, конечноразностного решения кинетического уравнения релаксационного типа (эллипсоидальной статистической модели) и решения уравнений Навье−Стокса. Показано, что при числах Кнудсена по радиусу затупления менее 0,1 уравнения
Навье−Стокса могут успешно применяться для описания вязкого течения за ударной волной при учете начальных эффектов разреженности через граничные условия скольжения и температурного скачка на поверхности пластины. При числах Кнудсена около 0,5 эффекты разреженности более заметны, в частности имеет место существенная анизотропия функции распределения, но уравнения Навье−Стокса
по-прежнему дают качественно верный результат. Исследован начальный этап развития пограничного слоя в окрестности кромки. В рассмотренном диапазоне чисел Кнудсена вблизи кромки толщина
энтропийного слоя сопоставима с толщиной пограничного слоя. По мере удаления от передней кромки наблюдается поглощение энтропийного слоя пограничным слоем. В исследованном диапазоне параметров взаимодействие пограничного и энтропийного слоев приводит к увеличению устойчивости течения.

В статье рассматривается оптический бесконтактный метод измерения полей скорости в объеме потока для гидроаэродинамического эксперимента. Суть метода состоит в измерении перемещения частиц в потоке за короткое время между вспышками лазера. В работе предложено и реализовано
несколько алгоритмических оптимизаций, позволяющих уменьшить время обработки данных. Показано, что использование пороговой фильтрации фона на зарегистрированных проекциях ⎯ изображениях частиц и быстрой оценки начального распределения интенсивности в объеме позволяет увеличить до двух-трех раз скорость работы алгоритма томографической реконструкции. В работе проведено исследование точности реконструкции и ошибки определения смещения частиц по модельным искусственным изображениям. Описанный томографический метод оценки поля скорости в объеме потока был применен для диагностики турбулентной затопленной струи, вытекающей в узкий канал. Применение разработанных подходов в эксперименте позволило получить пространственное распределение среднего поля скорости и мгновенные поля скорости в области измерения.

Проанализировано влияние модуля упругости материала покрытия на параметры деформации твердых податливых покрытий. Расчет, произведенный по двумерной модели, показал, что максимальная деформация покрытия достигается при отношении скорости течения U к параметру = (E/3ρ)^0,5, примерно равном 2,5, однако скорость движения поверхности стенки имеет первый локальный максимум при ≈ 1. Определен диапазон значений параметров покрытия, при которых обеспечивается компромисс между его твердостью и интенсивностью взаимодействия с турбулентным течением. Для резиноподобных материалов с коэффициентом Пуассона около 0,5 отношение скорости потока к параметру должно быть в диапазоне 1÷1,5. Показано, что при таких параметрах среднеквадратичная величина прогиба поверхности покрытий меньше толщины вязкого подслоя, а ее отношение к длине волны очень мало и составляет (1÷5)·10⁻⁴. Такая форма деформированной поверхности кардинально отличается от параметров волновой стенки в экспериментах Кендалла, результаты которых используются для расчета обратного влияния деформации стенки на течение. Сделано предположение, что твердые податливые покрытия не вызывают нестабильности взаимодействия с обтекающим их течением. Анализ скорости движения поверхности покрытия показал, что ее среднеквадратичное значение составляет 5÷6 % от величины динамической скорости течения при изменении модуля упругости материала покрытия в широком диапазоне (от 0,01 до 10 МПа). Это подтверждает ранее предложенный механизм снижения трения, основанный на изменении картины порождения рейнольдсовых напряжений вблизи податливой стенки. Проведенный анализ позволил объяснить сравнительно небольшое снижение сопротивления, полученное в экспериментах с твердыми податливыми покрытиями. Величина реализуемая в этих исследованиях, составляла от 0,06 до 0,3, что много меньше оптимального значения.

Исследуется естественная конвекция вязкой несжимаемой жидкости в канале, образованном двумя бесконечными вертикальными параллельными пластинами. Рассматривается полностью развитое ламинарное течение в вертикальном канале при стационарно-периодическом режиме на границах. Учитывается влияние внутреннего нагрева вследствие вязкой диссипации. В результате разделения скорости и температуры на стационарную и периодическую части возникает обыкновенное дифференциальное уравнение второго порядка, решение которого дает выражения для скорости и температуры, амплитуд и фаз температуры и скорости, а также скорости теплопереноса и трения на пластинах. При наличии вязкой диссипации жидкость с относительно малым числом Прандтля имеет более высокую температуру, чем стенки канала, и тепло переносится от жидкости к пластине.

Дан вывод критерия сопряжения для вращающегося диска. Анализируются характеристики
сопряженного теплообмена на одиночном диске и в полости, образованной вращающимся и неподвижным дисками.

В работе представлены результаты экспериментального исследования теплообмена и гидродинамики стекающих пленок бинарных смесей фреонов R21 и R114 на поверхностях сложной геометрии. В качестве рабочих участков использовались вертикальные трубы диаметром 50 мм из алюминиевого сплава Д16Т с гладкой и структурированной поверхностями. Диапазон изменения числа Рейнольдса пленки на входе в рабочий участок Re =10÷155. Визуализация и запись изображения волновой поверхности стекающей пленки жидкости проводились на высокоскоростную цифровую видеокамеру. В режиме испарения коэффициенты теплоотдачи на гладкой и структурированной поверхностях определяются расходом жидкости и слабо зависят от теплового потока. При малых расходах жидкости коэффициенты теплоотдачи на структурированной поверхности уменьшаются по сравнению с гладкой поверхностью за счет накопления жидкости и увеличения эффективной толщины в каналах микротекстуры. При больших расходах жидкости изменение структуры волновой поверхности пленки приводит к увеличению коэффициентов теплоотдачи по сравнению с гладкой поверхностью.

Исследуется вскипание метастабильной жидкости на поверхности цилиндрического нагревателя при больших значениях перегрева, когда формируется фронт испарения. Вскипание начинается с образования на стенке нагревателя сферического пузырька. В результате развития межфазной неустойчивости появляются фронты испарения, распространяющиеся вдоль нагревателя с постоянной скоростью. Разработана математическая модель, которая описывает рост сферического пузырька и паровой каверны, образующейся за фронтом испарения. Результаты численного моделирования хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

Рассматривается изменение кинетической энергии турбулентности в пограничном слое, вызванное его отсосом. Результаты показывают, что равновесие пограничного слоя нарушается нелинейно вследствие подавления структур, развивающихся в пристенной области течения. При этом изменение числа Рейнольдса и интенсивности отсоса не влияют на протяженность зоны течения, в которой происходит нарушение равновесия слоя.

Выполнено визуальное исследование формирования пленки жидкости на поверхности цилиндра с микротекстурой. Показано влияние микротекстуры на эволюцию волн на поверхности пленки вязкой жидкости, стекающей по внешней поверхности вертикального цилиндра под действием гравитации в зависимости от числа Рейнольдса. Обнаружен эффект формирования микроволн на поверхности пленки с размером, соизмеримым с шагом микротекстуры.