Главная – Журналы – Поиск по журналам

Работа посвящена исследованию кавитационного течения в щелевом канале, возникающего при обтекании крыловых профилей NACA 0012 с гладкой и периодической шероховатостью на поверхности. Цель работы заключалась в описании динамики развития кавитационной полости на гладком и шероховатом профилях, а также в определении отличий между ними. Компьютерное моделирование кавитационного течения в щелевом канале, образующегося за препятствием в виде крыла, выполнено в современном CFD-пакете STAR CCM+. Получена визуализация, проведено компьютерное моделирование в широком диапазоне параметров, выполнено сопоставление с данными эксперимента по исследованию кавитирующего течения. Описано влияние периодической шероховатости на особенности появления и развития кавитационной полости на крыле. Показана структура потока в ячейках шероховатости. Полученные результаты работы могут быть использованы для эффективного управления процессом кавитации в щелевых участках различных гидротехнических устройств.

В работе описывается реакция слоя вязкоупругого материала, приклеенного на твердое основание, на нестационарную конвективную волну давления. Выведено полное уравнение движения частиц материала покрытия в случае двумерных деформаций, которое учитывает вязкость среды. Получена система уравнений для расчета продольной и поперечной динамической податливости, которые определяются отношением компонент перемещения к приложенному давлению. Выведенные уравнения позволяют описывать не только стационарные колебания покрытия, но и процесс их установления. Отмечено, что, помимо вязкости и коэффициента Пуассона, стационарная и динамическая податливости зависят только от двух параметров: отношения скорости волны возмущения к скорости распространения сдвиговых колебаний в покрытии и отношения длины волны к толщине покрытия. Приведен пример расчета стационарной податливости для типичного случая покрытия из силиконовой резины. Обращено внимание на необходимость учета переходного периода установления вынужденных колебаний, поскольку из-за инерционности и вязкости покрытие не может раскачаться мгновенно. Проанализированы известные попытки рассчитать этот процесс. Введение

С применением математической модели, включающей в себя систему осредненных уравнений гидродинамики в приближении Обербека - Буссинеска, дифференциальные уравнения переноса Рейнольдсовых напряжений и скорости диссипации, построена численная модель эволюции плоского турбулентного пятна в турбулизованной стратифицированной среде (вырождающаяся фоновая турбулентность). Компоненты вектора потока массы и дисперсия флуктуаций плотности находились из алгебраических представлений локально-равновесного приближения. Выполнено численное моделирование эволюции зоны турбулентного смешения и генерируемых ею внутренних волн в турбулизованной линейно стратифицированной среде. Результаты расчетов демонстрируют существенное влияние фоновой турбулентности на развитие турбулентного пятна и генерируемые пятном внутренние волны. Крупномасштабный турбулентный фон приводит к генерации внутренних волн значительно меньшей амплитуды.

Представлены результаты экспериментального исследования структуры течения и распределений давления на стенке и вдоль оси камеры смешения эжектора Коанда. Опыты проводились в диапазоне изменения абсолютной величины полного давления в форкамере P_K = 1,2 - 3,5 атм, что соответствовало режимам как до-, так и сверхкритического истечения струи. Ширина кольцевой щели, через которую в камеру смешения вдувался эжектирующий поток, принимала значения h = 0,15, 0,25 и 0,5 мм. С ростом полного давления наблюдалось увеличение разрежения на стенке в начальной части сопла. Установлено, что для распределений статического давления вдоль оси сопла характерно наличие области разрежения практически на всей длине цилиндрического канала. При докритических режимах истечения струи возможны образования рециркуляционных зон в окрестности оси канала вблизи его входа. Отмечается принципиально иной характер распределения скоростей и интенсивности пульсаций в поперечном сечении камеры смешения в зависимости от режимов истечения.

Представлены результаты многовариантного численного моделирования распространения турбулентной струи из щелевого отверстия в ограниченном пространстве при значении числа Рейнольдса 4×10³. Данные 2D- и 3D-URANS-расчетов в базовой конфигурации ограниченного пространства, приближенной к условиям эксперимента Матауи с соавторами, показали, что значения числа Струхаля по результатам 2D- и 3D-моделирования различаются примерно на 10 %, однако оба результата лежат в пределах неопределенности экспериментальных данных. Получены диапазоны размеров открытой части торцевой границы и высоты полости, для которых реализуются режимы автоколебаний. Показано, что автоколебания исчезают, когда поперечный размер открытой части торцевой границы становится малым и когда высота полости становится близкой к ее длине.

Блокировка подканала является одним из сценариев аварии в жидкометаллических быстрых реакторах. Чрезвычайно важно понимать термогидравлическое поведение потока вблизи блокировок. В работе исследуется влияние внешнего воздействия в виде колеблющейся струи на структуру течения за блокировкой в щелевом зазоре. Показано, что область влияния колеблющейся струи на структуру потока в щелевом зазоре ограничена. С помощью спектрального анализа установлено, что частота меандрирования и частота распространения вихревых структур в щелевом канале соответствуют числу Струхаля 0,143. Полученные результаты исследования в отсутствие внешнего воздействия хорошо согласуются с результатами других авторов.

Экспериментально исследован процесс нагрева жидкости (воды) греющим паром в пластинчатом теплообменнике. Измерены температуры и расходы теплоносителей и с применением уравнений теплового баланса и теплопередачи вычислены тепловой поток и коэффициент теплопередачи в зависимости от расхода нагреваемой воды. Предложены математические модели теплового числа единиц переноса и идеального вытеснения жидкости в гладких каналах и ячеечная модель структуры потока теплоносителя при использовании поверхностных интенсификаторов в виде проволочных вставок и объемных интенсификаторов в виде хаотичной насадки. Установлено удовлетворительное согласование расчетных и опытных данных. Экспериментальными и расчетными по математической модели методами показано, что применение поверхностных интенсификаторов при нагреве жидкости с повышенной вязкостью (индустриального масла) паром повышает коэффициент теплопередачи в 2,75 - 6 раз и тепловую эффективность в 2,4 - 3,2 раза, а при использовании оъемных интенсификаторов - в 15 - 20 раз и 2 - 3 раза соответвенно при нагреве горячей водой. Полученная математическая модель с учетом структуры потоков может применяться при проектировании или модернизации теплообменных аппаратов в различных отраслях промышленности и в энергетике.

Представлено описание двухуровневой модели синтеза покрытия на подложке с разделением физических процессов по пространственным масштабам. Модель соответствует лазерной технологии синтеза композита с формированием упрочняющих частиц in situ. Поле температуры описывается в макрозадаче. Изменение фазового состава моделируется на уровне реакционных ячеек в рамках теории реакционной диффузии. Квазистационарный режим синтеза является скорее исключением, чем правилом. Задачи связаны между собой. Показано, что динамика процесса для образцов разных размеров различна. Вывод о возможности протекания процесса в контролируемом квазистационарном режиме можно сделать только после предварительной оценки характерных масштабов и численного моделирования.

Теоретически исследуется задача о контролируемом понижении со временем свойств смачивания шероховатых поверхностей металлов, получаемых после лазерной абляции с помощью импульсно-периодического лазерного излучения. Эволюция краевого угла смачивания образцов, имеющих иерархическую структуру поверхности после лазерной обработки, обусловлена их хранением на открытом воздухе, что приводит к самопроизвольной адсорбции органической примеси. Рассматривается теория физической адсорбции/десорбции с обратимой квазихимической реакцией по линейному механизму, дополненная изотермой Гиббса и уравнением Юнга в точке контакта трех фаз. Проведен анализ влияния константы равновесия и содержания адсорбируемой примеси в окружающем воздухе на скорость перехода системы к равновесному состоянию. Используемый метод позволяет моделировать механизм перехода смачиваемости и рассчитывать эволюцию во времени краевого угла смачивания при адсорбции органических веществ на текстурированной поверхности металла.

Установлены принципы моделирования процесса шлакообразования в камере сгорания энергосиловых установок при использовании высокоэнергетических материалов - твердых и пастообразных топлив, который определяется процессами горения топлива, эволюции многофазного потока в камере сгорания и поведения шлаковых остатков на элементах конструкции. Показана последовательность использования характеристик этих процессов для описания шлакообразования. Приведена разработанная авторами модель эволюции многофазного потока. Эта модель является ключевым инструментом для описания процесса шлакообразования. Ее особенностями являются детальное описание превращений частиц крупной фракции конденсированных продуктов и учет взаимодействия конденсированной и газовой фаз потока. Модель базируется на использовании комбинированного подхода Эйлера - Лагранжа (Euler - Lagrange). Для валидации модели проведено экспериментальное исследование с использованием модельного двигателя на базе алюминизированного пастообразного топлива. Результаты исследования позволили сделать вывод об адекватности модели. Определены направления дальнейших работ для решения задачи моделирования рассматриваемого процесса при варьировании параметров состава и условий в камере сгорания.