В работе представлены результаты экспериментального исследования обтекания наветренной стороны модели стреловидного крыла с установленными на поверхности генераторами возмущений. Генераторы представляют собой трехмерные элементы шероховатости, высота которых была сопоставима с толщиной пограничного слоя. С помощью жидкокристаллической термографии исследовано влияние элементов шероховатости различной высоты на пограничный слой. Найдено место максимальной восприимчивости течения к возмущениям за элементом шероховатости на поверхности крыла.
Е.А. Часовников
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия chas@itam.nsc.ru
Ключевые слова: модель возвращаемого аппарата, свободные колебания, коэффициент момента тангажа, аэродинамические характеристики, аэродинамическое демпфирование
Страницы: 347-355
Изложена методика обработки экспериментальных данных, полученных на установке свободных колебаний модели по углу тангажа, и определения нестационарных аэродинамических характеристик коэффи-циента момента тангажа. Обнаружено, что коэффициент момента тангажа модели возвращаемого аппарата при числах Маха М = 2 и М = 2,25 и постоянных углах атаки нелинейно зависит от скорости изменения угла атаки, что делает непригодной концепцию аэродинамических производных для математического описания коэффициента момента тангажа.
В.П. Замураев, А.П. Калинина
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия v.zamuraev@gmail.com
Ключевые слова: горение водорода, сверхзвуковой поток, поперечные струи, околозвуковой режим
Страницы: 357-363
Численно изучается инициирование работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя с распределенной подачей топлива по длине камеры сгорания. Принципиальным является наличие струи сжатого воздуха, создающей эффект дросселя, и предварительное торможение потока до околозвуковых скоростей. Решаются осредненные уравнения Навье-Стокса, замыкаемые SST k - ω -моделью турбулентности. В качестве газообразного топлива используется водород. Рассматривается боковая подача топлива. Получен пульсирующий околозвуковой режим. Показано, что с ростом температуры торможения потока примерно до 1700 K происходит рост характерного масштаба вихревых зон, и, как следствие, значительно возрастает уровень перемешивания водорода с воздухом.
В работе исследуются теплообмен, локальные распределения числа Нуссельта, структура течения и характеристики трения закрученных квадратных воздуховодов. Проведен численный анализ влияния величины коэффициента закрутки ( TR = p / D = 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5 и 6) на теплогидравлические характеристики закрученных квадратных воздуховодов при постоянном тепловом потоке у стенки для чисел Рейнольдса, определяемых гидравлическим диаметром закрученного квадратного воздуховода, в диапазоне от 3000 до 20000. Для сравнения выполнен анализ тех же характеристик для прямого квадратного воздуховода. Численные результаты показали, что закрученные квадратные каналы являются более эффективными с точки зрения теплопередачи, чем прямые квадратные каналы, поскольку вихревой поток способствует увеличению перемешивания жидкости и уменьшению толщины теплового пограничного слоя. Уменьшение коэффициента закрутки приводит к увеличению числа Нуссельта и коэффициента трения за счет более высокой частоты вихревого течения. По сравнению с прямыми квадратными воздуховодами в закрученных квадратных воздуховодах теплообмен для TR = 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5 и 6 улучшился на 52, 49,82, 45,85, 42,22, 39,54, 35,41, и 31,77 % соответственно. Среди исследованных закрученных воздуховодов те, у которых коэффициент закрутки TR = 3,5, имеют максимальный коэффициент теплогидравлической эффективности - 1,42 при Re = 3000. Результаты также показали, что закрученные квадратные воздуховоды превосходят по теплогидравлическим характеристикам прямые квадратные воздуховоды.
В.И. Корнилов, А.Н. Попков
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия kornilov@itam.nsc.ru
Ключевые слова: крыловой профиль, загромождение, аэродинамическая труба, давление, аэродинамические характеристики
Страницы: 379-390
Представлены результаты численных и экспериментальных исследований обтекания симметричного крылового профиля с относительной толщиной 12 % в свободном потоке и в аэродинамической трубе малых скоростей с закрытой рабочей частью. Эксперименты проведены в диапазоне чисел Рейнольдса Rec = 0,7·106-2·107 и углов атаки a = -12°¸ 12°. Численное решение задачи выполнено в двумерной постановке с использованием программного пакета ANSYS Fluent. Математическая модель течения содержит стационарные уравнения Рейнольдса, замкнутые различными моделями турбулентности, в том числе k-ω SST, представляющей собой суперпозицию k - e и k-ω -моделей. Показано существенное влияние загромождения моделью рабочей части аэродинамической трубы ограниченных размеров на характер обтекания и аэродинамические характеристики крылового профиля, даже когда коэффициент загромождения составляет всего 5,7 %.
М. Пирмохаммади1, А. Салехи-Шабестари2 1Исламский университет Азад, Тегеран, Иран pirmohamadi@pardisiau.ac.ir 2Иранский исследовательский институт Ниру, Тегеран, Иран ashabestari@nri.ac.ir
Ключевые слова: магнитогидродинамическое конвективное течение, угол наклона, число Рэлея, число Гартмана, число Нуссельта
Страницы: 391-401
Рассматривается ламинарное магнитогидродинамическое конвективное течение вязкой жидкости в наклонной полости. Задается разность температур на двух противоположных стенках, в то время как две другие стенки являются адиабатическими. Для решения определяющих нелинейных дифференциальных уравнений применяется разработанный авторами код, основанный на методе конечных объемов. Используемая жидкость - жидкий натрий, тепловые и электрические свойства которого, в частности, теплоемкость, теплопроводность и электропроводность, зависят от температуры. В работе представлены и описаны репрезентативные результаты, иллюстрирующие влияние угла наклона полости на линии тока и изолинии температуры. Также приводятся и обсуждаются результаты для профиля скорости в среднем сечении и среднего числа Нуссельта на горячей стенке полости для различных углов наклона и чисел Гартмана. Отмечается, что при числе Гартмана, равном 600, увеличение угла наклона приводит к росту числа вихрей в полости.
А.А. Гаврилов, А.В. Шебелев
Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия gavand@yandex.ru
Ключевые слова: суспензия, турбулентность, течение в трубе, численное моделирование
Страницы: 403-421
Построена модель турбулентных течений жидкости с частицами для произвольных концентраций. Модель включает уравнения для двухфазного течения в целом с реологическими соотношениями и уравнение для переноса концентрации частиц с учетом межфазного скольжения. Статистическая модель турбулентности учитывает модуляцию турбулентности частицами. Выполнено тестирование модели на задачах об установившемся течении с тяжелыми частицами в горизонтальной трубе. На основе сравнения с экспериментальными данными и детальными численными расчетами показано, что модель хорошо предсказывает характерные особенности турбулентных дисперсных потоков. Вторичные течения в канале отражают трехслойную структуру двухфазного течения.
Выполнен численный анализ структуры течения и тепловой эффективности пристенной газокапельной завесы, вдуваемой через наклонные отверстия в поперечную к потоку траншею. Расчет выполнен с использованием трехмерных RANS-уравнений в следующих диапазонах параметров двухфазного потока: начальный размер капель d 1 = 0¸20 мкм и их массовая концентрация M L1 = 0¸0,05. Турбулентность газа моделируется с применением модели переноса компонент рейнольдсовых напряжений с учетом двухфазности течения. В работе выполнено сравнение полученных результатов расчетов с использованием эйлерова и лагранжева описаний. Показана применимость обоих подходов для описания динамики и теплообмена двухфазной пристенной струи.
Б.Ф. Бояршинов, С.Ю. Фёдоров
Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия boyar@itp.nsc.ru
Ключевые слова: ячеистое пламя, бесконтактные измерения, методы PIV и КАРС, перенос импульса
Страницы: 433-441
Для моделировании ячеистого пламени использовалась богатая (эквивалентное соотношение Ф = 1,4) и бедная (Ф = 0,9) смеси пропан-бутана с воздухом в горелке, образующей стационарное пламя с единственной ячейкой. Опытные данные о полях температуры получены с применением метода когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), компоненты скорости измерялись аппаратурой PIV (Particle Image Velocimetery). С помощью метода балансов рассчитаны слагаемые в уравнениях переноса импульса: напряжения трения, статическое давление. Показано, что на поверхности ячеистого пламени выполняется равенство динамического и статического давлений, связанных с тепловым расширением продуктов сгорания. Срыв пламени происходит в случае, когда величина скоростного напора становится больше величины изменения статического давления. Профили сдвиговых напряжений содержат экстремумы, координаты которых связаны с искривлениями линий тока и близки к положению области тепловыделения при горении бедной и богатой смесей.
При лазерной наплавке взаимодействие лазерного излучения с потоком порошка и подложкой играет ключевую роль. Нагрев поверхности зависит от распределения излучения на поверхности материала, которое определяется взаимодействием излучения с потоком микрочастиц порошка. Обычно в моделях для расчета ослабления лазерного пучка взаимодействие излучения с микрочастицами ограничивается простым геометрическим рассмотрением на основе соотношения площади сечения частиц к общей площади рассматриваемого сечения, без учета влияния дифракции. Распространение излучения также рассматривается в геометрическом приближении. Представленная модель позволяет учитывать явление дифракции на микрочастицах порошка. Проведено сравнение результатов, полученных при помощи модели с распространением излучения в геометрическим приближении, и предложенной авторами модели с распространением излучения в дифракционном приближении. Показано, что численная модель ослабления и распространения излучения в дифракционном приближении применима для комплексного анализа взаимодействия между лазерным пучком, потоком частиц и поверхностью. Модель позволяет оценить ослабление, испытываемое пучком из-за взаимодействия с потоком микрочастиц, и получить распределение интенсивности на поверхности подложки.