Главная – Журналы – Поиск по журналам

Представлены результаты экспериментального и численного моделирования сверхзвукового обтекания под различными углами атаки цилиндра с передней газопроницаемой высокопористой вставкой. Эксперименты проведены в сверхзвуковой аэродинамической трубе при числе Маха M_∞=7 и единичном числе Рейнольдса Re₁=1,5 х 10⁶ м^-1 в диапазоне углов атаки 0÷25^о. Численное моделирование выполнено на основе решения трехмерных уравнений Навье - Стокса, осредненных по Рейнольдсу, с использованием трехмерной кольцевой скелетной модели пористого материала. Получены экспериментальные и расчетные значения коэффициентов сопротивления и подъемной силы цилиндра со вставкой с пористостью 95 % и диаметром пор 2 мм при различных значениях длины вставки и угла атаки.

Представлен обзор проведенных в 80-х гг. XX в. летных исследований, в которых изучался процесс перехода от ламинарного течения к турбулентному в пограничном слое на крыле планера при различных уровнях атмосферной турбулентности. Результаты получены с помощью термоанемометрических измерений и посредством визуализации течения на поверхности крыла методом сублимирующих покрытий. Установлено, что переход происходит в несколько этапов: возникновение, развитие и разрушение дискретного пакета волн неустойчивости в области неблагоприятного градиента давления. Проведено сравнение полученных данных с результатами аналогичных исследований в большой аэродинамической трубе на таком же реальном крыле планера при натурных числах Рейнольдса.

Представлены результаты исследования ламинарного отрывного течения в угле сжатия при значениях числа Маха набегающего потока M = 6; 8. Рассмотрена ударно-волновая структура течения в области присоединения. Исследован механизм формирования высоконапорного слоя, представляющего собой узкую область газа, расположенную над пограничным слоем ниже по потоку от линии присоединения.

Проведено численное моделирование взаимодействия ламинарного пограничного слоя с ударной волной при значении числа Маха M=1,43. Выполнено сравнение результатов, полученных путем прямого численного моделирования, и результатов расчетов с использованием осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье - Стокса, дополненных разными моделями турбулентности, описывающими ламинарно-турбулентный переход. Оценена возможность определения положения зоны турбулизации течения на основе линейной теории устойчивости и e^N-метода. На основе результатов сравнения численного моделирования с экспериментальными данными установлена возможность использования инженерных RANS-методов для исследования сверхзвуковых течений, турбулизация которых происходит в областях взаимодействия ударной волны с пограничным слоем.

Представлен краткий обзор наиболее значимых работ в области магнитоплазменной аэродинамики, проводившихся в Институте теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН в последние 20 лет.

Исследовано влияние искривления траекторий движения газа на начальном участке сверхзвуковой неизобарической струи на характеристики нестационарных возмущений из класса неустойчивости Кельвина - Гельмгольца. Показано, что при наличии бочкообразной структуры на начальном участке возникают стационарные возмущения Тейлора - Гертлера в виде продольных структур (полосчатых образований). Исследования проведены для слоя смешения при числе Маха $\M=1{,}5$. Рассмотрена возможность усиления и подавления роста волн Кельвина - Гельмгольца стационарными волнами Тейлора - Гертлера. Нелинейная задача решена в рамках трехволновых резонансных взаимодействий в локально-параллельном приближении. Волной накачки является стационарная волна Тейлора - Гертлера. Показано, что на начальном участке может происходить как усиление, так и подавление бегущих волн малой амплитуды.

С использованием PIV-метода проведено измерение скорости течения в зоне взаимодействия ударной волны с пограничным слоем на пластине при значении числа Маха M=1,43. Рассмотрено два состояния набегающего пограничного слоя: ламинарный и турбулентный, причем толщина пограничного слоя может быть на два порядка меньше характерного продольного масштаба течения. Выполнено сравнение результатов измерения скорости в пограничном слое, полученных с помощью PIV-метода при различных настройках аппаратуры, и результатов измерений, выполненных с использованием различных алгоритмов определения смещения частиц-трассеров и восстановления по ним полей скорости. Показано, что основным ограничением для увеличения пространственного разрешения является инерция частиц-трассеров.

Проведены экспериментальные исследования факельного диффузионного горения газа при различных расходах CH₄-N₂ и постоянном расходе угля. Получены кривые уноса диффузионного пламени для различных диаметров сопла. Показано, что увеличение диаметра сопла приводит к уменьшению минимального остатка расхода горючего газа, при котором возможно устойчивое горение. Незначительное уменьшение остатка расхода горючего газа наблюдается также при подаче угля. Проведена регистрация флюоресцентного свечения OH, позволяющего анализировать положение и динамику фронта пламени.

Проведено численное моделирование структурных изменений сверхзвукового течения в канале переменного сечения при осевой подаче керосина под воздействием струи, создающей эффект дросселя. Решались осредненные уравнения Навье-Стокса, замыкаемые (κ-ε)-моделью турбулентности. Горение керосина моделировалось с помощью уравнений упрощенной химической кинетики. Выполнен численный и аналитический анализ развития процессов в канале для различных видов топлива (водорода, этилена и керосина) и проведено сравнение с экспериментальными данными. Установлено, что в случае использования керосина для формирования околозвуковой области необходимо применять газодинамические импульсы большей интенсивности.

Разработана и усовершенствована гибридная (с использованием методов молекулярной динамики и Монте-Карло) модель расчета течения газа в цилиндрическом канале с учетом теплообмена между молекулами газа и поверхностью и адсорбции молекул на поверхности канала. Рассмотрены два варианта течений в канале: течение, при котором полное количество молекул в системе не менялось со временем, и течение, при котором имитируется бесконечный объем колб или колбы с постоянным давлением. Исследованы три варианта моделирования взаимодействия молекул со стенками: 1) молекула упруго рассеивается с вероятностью WE; 2) происходит неупругое рассеяние (рассеяние с энергообменом) с вероятностью WT; 3) с вероятностью WA реализуется осаждение (адсорбция) молекулы на поверхность твердого тела. При этом сумма вероятностей равна единице. Установлено, что учет адсорбции оказывает значительное влияние на скорость центра масс молекул и на плотность потока молекул в расчетных объемах.