Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2000 номер 1

Обсуждаются результаты численного и экспериментального исследования сверхзвукового обтекания схематизированных крылатых моделей двухступенчатой аэрокосмической системы при числе Маха =3. Приводятся оценки погрешностей измерений с учетом не исключенных систематических ошибок. Детально анализируются расчетные и экспериментальные данные и делается вывод о том, что в рассмотренном диапазоне параметров использование уравнений Эйлера позволяет вполне удовлетворительно моделировать течение при разделении двухступенчатой аэрокосмической системы

Представлены результаты сравнительного исследования сверхзвукового обтекания несущих тел с различной формой нижней поверхности сжатия. Расчеты трехмерного невязкого стационарного обтекания рассматриваемых конфигураций проведены численно в рамках модели Эйлера. Рассматриваются как простые остроносые пирамидальные тела, при обтекании которых формируются конические течения, так и более сложные конфигурации с поперечно-вогнутыми поверхностями, реализующими трехмерные конвергентные течения с повышенной степенью сжатия. Конвергентные конфигурации включают варианты с закруглением в плане передней кромки в области носка тела. Кроме того, рассмотрены конфигурации в виде так называемых волнолетов, построение которых осуществляется методами газодинамического конструирования по линиям тока плоских и осесимметричных сверхзвуковых течений во внутренних каналах. Анализ характеристик обтекания конфигураций выполнен применительно к разработке новых аэродинамических форм гиперзвуковых летательных аппаратов с воздушно-реaктивными двигателями. Они могут быть использованы в качестве носовых частей с поверхностью сжатия, за которой устанавливается воздухозаборник. Показано, что в рассмотренном диапазоне чисел Маха наиболее высокие уровни повышения давления потока в концевом сечении, т. е. в месте возможного расположения воздухозаборника, обеспечивают конвергентные волнолеты

В работе ставилась цель исследовать на модели скользящего крыла развитие высокочастотных вторичных волн, развивающихся на стационарных вихрях. Стационарные возмущения возникали за элементами шероховатости различной формы и высоты, приклеенными к поверхности модели. Оказалось, что на всех рассмотренных видах наклеек происходит генерация стационарных вихрей, причем они развиваются на краях наклеек. Отмечено, что наиболее эффективно вихри возбуждаются, когда наклейки находятся в области, где коэффициент градиента давления имеет пик. Обнаружено, что обратная ступенька (по отношению к поперечному течению), образуемая наклейкой, формирует такую вихревую структуру, на которой вторичные возмущения развиваются более эффективно, чем на прямой. Получено, что во всех рассмотренных случаях скорость распространения возмущений вдоль вихря составляет 0,5 от скорости внешнего потока. Выяснено, что темпы роста возмущений чувствительны к величине сдвига средней скорости в трансверсальном направлении.

Впервые в условиях контролируемого эксперимента проведено прямое исследование нелинейного взаимодействия стационарных и бегущих нормальных мод неустойчивости поперечного течения в трехмерном пограничном слое на модели скользящего крыла. Обнаружено, что в результате взаимодействия возбуждаются и усиливаются комбинационные волны. При этом инкременты нарастания взаимодействующих мод практически не изменяются, в то время как одна из комбинационных волн, быстро затухающая в линейном случае, становится близкой к нейтрально устойчивой, а другая, близкая к нейтрально устойчивой в линейном случае, начинает быстро нарастать. Показано, что в обнаруженном взаимодействии выполняются условия фазового синхронизма в двух несимметричных триплетах, а само взаимодействие носит резонансный характер.

Проведено экспериментальное исследование взаимодействия двух сверхзвуковых недорасширенных струй при изменении угла между их осями, расстояния от среза сопел до точки пересечения осей и числа Рейнольдса. По результатам измерений амплитудно-частотных характеристик акустического поля и визуализации ударно-волновой структуры выделены несколько стационарных и автоколебательных режимов течения. Определены границы областей их существования в поле начальных параметров и построена карта режимов.

Проведено численное моделирование гидродинамических возмущений на начальном участке сверхзвуковой осе-симметричной струи с учетом вязких эффектов. Рассмотрены азимутальные возмущения из класса сдвиговой неустойчивости Кельвина – Гельмгольца для расчетной изобарической струи и первой ячейки струйного потока в режиме недорасширения. Получены критические числа Рейнольдса потери устойчивости, определены области неустойчивых частот, рассмотрены особенности характеристических соотношений между параметрами потока и возмущений.

На примере трех широко распространенных аппроксимаций для описания распределения завихренности в ядре закрученного потока изучен вопрос о влиянии их выбора на количество и тип (право- или левовинтовой) вихревых структур, которые могут возникать при одних и тех же интегральных характеристиках потока. Показано, что выбор вида аппроксимации для разных режимов течения должен зависеть от значений среднерасходного числа Рейнольдса.

Представлены результаты экспериментального исследования полей давлений и скоростей в цилиндрическом канале при вдуве радиальной щелевой струи нормально к сносящему потоку. Опыты проведены для двух размеров щели при широкой вариации параметров вдува. Показана универсальность распределений давления вдоль трубы в обобщенных координатах. Получены экспериментальные корреляции для величины максимального разрежения в отрывной области за струей; проведено сопоставление с элементарным расчетным анализом. Изложены результаты измерений коэффициента местных гидравлических потерь на участке канала с нормальным вдувом щелевой струи. Показано, что опытные данные дают заниженные результаты по сравнению с теорией идеального смешения при течении в канале с массоподводом. Обсуждается возможные причины такого поведения коэффициента гидравлических потерь.

Экспериментально исследован теплообмен струи воздуха со стенкой цилиндрической оболочки при воздействии на процесс звуковых колебаний. Обнаружено, что акустическое поле существенно искажает зависимость числа St от числа Sh. Визуализация картины течения и расчеты показали возможность появления стоячих волн и акустических течений типа Рэлея, которые могут трансформировать газодинамические параметры струи и изменять распределение тепловых потоков в стенку.

Проведены экспериментальные исследования аэроакустических резонансных явлений, обусловленных генерацией когерентных структур в зоне скругленных задних кромок толстых пластин, установленных в канале прямоугольного сечения параллельно его стенкам. Термо-анемометрическими измерениями скорости в следе за моделью и в звуковом поле установлено, что резонанс существует как при симметричном, так и при несимметричном расположении пластины. Получены распределения пульсаций скорости в звуковой волне, найдены зависимости резонансных частот от длины и смещения пластины из симметричного положения. Перечисленные способы могут быть использованы для настройки течения на резонансный режим или для выхода из него.

Проведено экспериментальное исследование гидродинамики в засыпках. Измерены профили скорости за растворимой и нерастворимой засыпками и распределение давления по длине растворимой засыпки. Сделан вывод о возможных причинах неоднородности профиля скорости за засыпкой.

Проведены измерения локальной скорости скольжения сферических пузырьков. Скорость жидкости определялась электродиффузионным методом, а скорость пузырьков – лазерным доплеровским анемометром (ЛДА) с малой длиной измерительного объема. Экспериментальные данные представлены с учетом смещения между центром пузырька и центром измерительного объема ЛДА. Скорость скольжения является разностью между средней скоростью жидкости и средней скоростью пузырьков. Измерения проведены в восходящем течении при докритических числах Рейнольдса течения. Предложена эмпирическая корреляция, учитывающая влияние локального газосодержания на среднюю скорость скольжения. Представленные результаты указывают на влияние пристенного пика газосодержания и стенки трубы на локальную скорость скольжения пузырьков.

Выполнен краткий обзор и приведены основные результаты экспериментальных исследований интенсивности теплоотдачи при кипении бинарных смесей хладагентов в условиях свободной конвекции. Рассмотрены основные особенности механизма кипения бинарных неазеотропных смесей с использованием диаграммы фазового равновесия. Показано, что характерное изменение коэффициентов теплоотдачи при кипении смеси хладагентов определяется особыми условиями переноса теплоты от поверхности нагрева.

Предлагается гипотеза о единстве механизмов возникновения распространенного кризиса теплоотдачи (РКТ) при вынужденном течении и третьего кризиса теплоотдачи в условиях естественной конвекции. При дефиците готовых центров парообразования на теплоотдающей поверхности перегрев пристенной жидкости относительно температуры насыщения может превысить пороговое значение, при котором возникают фронты испарения при плотностях тепловых потоках q, существенно меньших критических плотностей тепловых потоков при обычных кризисах теплоотдачи. Если q достаточно велика для того, чтобы испарить остаточный слой жидкости, изолированный от основной массы жидкости паровым образованием, то возникнет РКТ. Предложена расчетная зависимость, которая в пределах погрешности эксперимента описывает нижнюю границу области, где возможна реализация РКТ при вынужденном течении недогретой жидкости.

Предлагается гипотеза о единстве механизмов возникновения распространенного кризиса теплоотдачи (РКТ) при вынужденном течении и третьего кризиса теплоотдачи в условиях естественной конвекции. При дефиците готовых центров парообразования на теплоотдающей поверхности перегрев пристенной жидкости относительно температуры насыщения может превысить пороговое значение, при котором возникают фронты испарения при плотностях тепловых потоках q, существенно меньших критических плотностей тепловых потоков при обычных кризисах теплоотдачи. Если q достаточно велика для того, чтобы испарить остаточный слой жидкости, изолированный от основной массы жидкости паровым образованием, то возникнет РКТ. Предложена расчетная зависимость, которая в пределах погрешности эксперимента описывает нижнюю границу области, где возможна реализация РКТ при вынужденном течении недогретой жидкости.

В рамках линейной теории устойчивости рассматривается процесс изотермического смешения трехкомпонентных газовых смесей в бесконечном плоском вертикальном канале. Результаты теории сравниваются с полученным в опытах положением границ устойчивости для смесей He + Ar – N₂ и He + R12 – Ar при варьировании давления, перепада концентрации, радиуса и длины канала. Для системы He + Ar – N₂ экспериментальные данные удовлетворительно согласуются с теоретическими предсказаниями, однако для второй смеси с ярко выраженным “диффузионным затвором” значения критического давления отличаются от опытного примерно в три раза.

На высокотемпературном массивном изотермическом калориметре измерена энтальпия высокочистого трифторида диспрозия DyF₃ в интервале температур 431–1567 K. Получены температурные зависимости энтальпии и теплоемкости, значения энтальпий полиморфного превращения и плавления (2400 и 54000 Дж/моль), скачки теплоемкости при полиморфном превращении и плавлении (4,4 и 8,1 %). Приведены первичные экспериментальные данные.

Рассматривается приближенная модель поглощения звука в воде, учитывающая энергопотери для продольной волны, обусловленные сдвиговыми эффектами в среде с неоднородной плотностью.

Теоретически анализируется составляющая перепада давления на полке пенного аппарата p, связанная с пульсационным характером отрыва пузырей от отверстий решетки. Показано, что при расчете суммарного перепада давления эта составляющая входит в выражение для расчета перепада давления с отрицательным знаком, т. е. уменьшает перепад давления на полке пенного аппарата. Для расчета p предлагается зависимость, которая включает гидравлическое сопротивление собственно газожидкостного слоя, составляющие капиллярного давления при отрыве пузыря от решетки и на выходе из пенного слоя и пульсационную составляющую перепада давления. Результаты расчетов удовлетворительно согласуются с известными экспериментальными данными.