Рассматриваются приведенные ранее в литературе эмпирические соотношения, описывающие теплофизические свойства наножидкости H2O + Al2O3, такие как коэффициенты вязкости и теплопроводности. Основными параметрами, влияющими на данные свойства наножидкости, считаются объемная доля частиц φ, температура жидкости T и размеры частиц d p. Пригодность аппроксимационных формул для вычисления коэффициентов вязкости и теплопроводности определяется путем сравнения рассчитанных по этим формулам данных с результатами экспериментов. Поведение аналитических кривых теплофизических коэффициентов анализируется в следующих диапазонах изменения влияющих параметров: 0 < φ &8804; 0,1, 280 K &8804; Т &8804; 360 K, 1 нм &8804; dp &8804; 100 нм. Даются оценки степени зависимости результатов вычислений от значений этих параметров. Приводятся выводы о качественной и количественной достоверности предлагаемых в литературе корреляционных формул, а также о границах их применимости в диапазонах изменения влияющих параметров.
А.Э. Даржаин1,2, А.В. Бойко3,4, В.М. Кулик5, А.П. Чупахин1,2 1Институт гидродинамики им. М.А. Лаврентьева СО РАН, Новосибирск, Россия 2Новосибирский государственный университет, Новосибирск, Россия 3Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия boiko@itam.nsc.ru 4Тюменский государственный университет, Тюмень, Россия 5Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск, Россия
Ключевые слова: податливые покрытия, пограничный слой, гидродинамическая неустойчивость, критическое число Рейнольдса, compliant coatings, boundary layer, hydrodynamic instability, critical Reynolds number
Страницы: 189-200
В работе представлены результаты параметрического исследования гидродинамической устойчивости в линейной постановке пограничного слоя Блазиуса над двухслойными податливыми покрытиями. В расчетах используются экспериментальные данные для реальных кремнийорганических резин нескольких типов, связывающие модуль упругости и коэффициент потерь в зависимости от частоты деформации. Рассмотрено восемь пар покрытий. Проведены параметрические исследования влияния толщин слоев покрытия и скорости внешнего потока на устойчивость течения, в частности на поведение критического числа Рейнольдса. Обнаружены области немонотонности критического числа Рейнольдса, характерные для большинства рассматриваемых покрытий. Дано качественное объяснение этому эффекту. Анализ поведения критического числа Рейнольдса позволяет определить оптимальное соотношение толщин покрытий для взаимодействия с потоком.
Представлены результаты теоретического исследования характеристик сверхзвукового пограничного слоя на плоской пластине в потоке воздуха при числе Маха M = 2 в условиях сублимации поверхности. В качестве материала сублимирующего покрытия был выбран нафталин (C10 H8 ). Расчеты показали, что с увеличением температуры поверхности массовый расход испарения нафталина также увеличивается. Это приводит к снижению температуры стенки по сравнению со случаем обтекания плоской пластины без сублимации. Большой молекулярный вес нафталина по сравнению с молекулярной массой воздуха и понижение температуры поверхности вследствие испарения материала стенки обуславливают увеличение плотности бинарной смеси, состоящей из воздуха и пара сублиманта, вблизи стенки. Такое изменение профилей пограничного слоя приводит к заметному уменьшению локальных скоростей роста неустойчивых возмущений, что подтверждается проведенными расчетами по линейной теории устойчивости. Обнаружено, что стабилизация пограничного слоя происходит при увеличении температуры сублимирующего покрытия и достигает максимума вблизи температуры тройной точки вещества покрытия. Проведены оценки чисел Рейнольдса перехода в соответствии с методом e N , показавшие принципиальную возможность увеличения продольной протяженности ламинарного пограничного слоя на модели с сублимирующим покрытием поверхности.
Численно исследуется математическая модель процесса нестационарного теплообмена системы термоэмиссионной тепловой защиты при высокоэнтальпийном нагреве. Показано влияние испарения электронов с поверхности эмиттера на понижение температуры многослойной оболочки термоэмиссионной тепловой защиты. Исследовано влияние некоторых теплоносителей в составной оболочке на режимы теплообмена в теле. Получено качественное согласование результатов расчета с известными данными.
Представлены результаты физического эксперимента, направленного на измерение профиля избыточного относительного давления на контрольной поверхности в ближней зоне возмущённой области схематизированной модели сверхзвукового пассажирского самолета (СПС). Проведены испытания в рабочей части аэродинамической трубы Т-313, ориентированные на определение оптимального крепления подвески модели и обеспечивающие измерения полного профиля волны возмущенного давления, содержащего лидирующую, промежуточные и замыкающую ударные волны. Приведены сопоставления численных расчетов с результатами измерений в эксперименте. С помощью установленной оптимальной подвески модели получены результаты измерений, хорошо соответствующие результатам численных расчетов. Численное решение задачи обтекания геометрической модели и необходимые измерения в эксперименте проводилось при числе Маха набегающего потока Mбесконечность = 2,04 и угле атаки α = 4°.
Исследуются процессы турбулентного перемешивания в течении термовязкой жидкости в трехмерной кубической области, периодически продолженной в двух направлениях (X и Y). Турбулизация течения возникает под воздействием двумерных хаотических возмущений при среднемассовом числе Рейнольдса Re1 = 4704. Структура вихревого поля обсуждается в терминах поверхностей Q-критерия и локальной энстрофии ζl. На дальних стадиях эволюции течения рассматриваются эйлеровы коэффициенты корреляции для пульсаций скорости (автокорреляционные функции), а также взаимные корреляции пульсаций давления и температуры. Проведено расщепление эйлерова коэффициента корреляции для анализа корреляционных характеристик в направлении периодичности, а также между плоскостями, параллельными стенкам, ограничивающим область в направлении Z. Приведены оценки интегрального масштаба в зависимости от расстояния до стенки. Проведено рассмотрение течения в терминах вязких масштабов, выполнена оценка сеточного разрешения участков течения, соответствующих логарифмическому пограничному слою и пристеночным тепловым слоям.
Исследуется скорость скольжения практически сферических пузырьков в ламинарном опускном течении в трубе. Локальная скорость скольжения пузырьков определяется как разница между средней скоростью жидкости, измеренной электродиффузионным методом, и средней скоростью пузырьков, полученной с помощью лазерной доплеровской анемометрии с малой длиной измерительного объема. Полученная корреляция скорости скольжения показала качественное отличие от корреляции в восходящем течении, что указывает на хаотичное, а не структурированное движение пузырьков в опускном течении.
Численно исследованы режимы течения парокапельной смеси в регазификаторе-подогревателе сжиженного природного газа на основе модели, учитывающей полидисперсность, силовое и тепловое взаимодействия фаз, процессы дробления, коагуляции, испарения капель и конденсации пара. Динамика несущей среды описывается системой уравнений Навье-Стокса для сжимаемого газа с учетом обмена массой, импульсом и энергией с дисперсной фазой, которая включает в себя несколько фракций, отличающихся размером капель. Каждая фракция описывается системой уравнений, состоящей из уравнения неразрывности для средней плотности, уравнений сохранения составляющих импульса и уравнения сохранения тепловой энергии с учетом межфазного обмена массой, импульсом и энергией с несущей средой. Системы уравнений движения несущей среды и фракций дисперсной фазы решаются явным методом Мак-Кормака с расщеплением пространственного оператора по направлениям и схемой нелинейной коррекции. На каждом временном шаге основная часть вычислительного алгоритма дополняется моделями дробления, коагуляции, испарения капель и конденсации пара с последующей коррекцией гидро- и термодинамических параметров смеси. На основе описанной модели выполнен расчет режимов течения парокапельной смеси в канале регазификатора-подогревателя сжиженного природного газа.
Приведены результаты работы по воздушно-плазменному напылению кавитационно- и гидроабразивностойких покрытий из порошковых материалов. Предложен метод лабораторных (стендовых) испытаний покрытий на стойкость в условиях контактно-импульсных нагрузок. Стенд представляет собой лабораторный копёр, производящий удары по индентору, находящемуся в постоянном контакте с испытуемым образцом. Мерой оценки повреждения поверхности, упрочнённой износостойким покрытием, служит диаметр лунки, создаваемой индентором. Моментом разрушения покрытия считается появление в нем трещин и отслоение. Разработанная методика стендовых испытаний при контактно-импульсном нагружении износостойкого покрытия имитирует условия работы лопастей высокооборотного гребного винта водометного движителя на мелководье. Метод воздушно-плазменного напыления порошковых материалов в качестве защитных покрытий прошёл успешное опробование при упрочнении лопастей гребного винта водометного движителя речного теплохода проекта «КС-101Д».
Представлен оперативный метод определения коэффициента диффузии полярных растворителей в анизотропных пористых материалах, обеспечивающий возможность контроля состояний изделий без их разрушения. Для реализации предлагаемого метода не требуется проведение предварительной градуировки применяемого преобразователя локальной концентрации растворителя в твердой фазе по каждой новой системе «пористый материал-растворитель», что существенно повышает производительность исследований. Метод обладает гибкостью в плане возможности измерения входящих в расчетное выражение величин на участках кривых с высокой чувствительностью к изменению параметров и в диапазоне со стабильным и помехозащищенным выходным сигналом преобразователя концентрации, что обеспечивает повышение точности контроля.
