Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2004 номер 1

Кратко рассмотрена история зарождения авиации. Проанализированы возможности, достоинства и недостатки самолетов. Намечено направление их развития и совершенствования. Оценены критерии принятия решений, действующие при проектировании гражданских самолетов. Показано, что улучшение экономических показателей, снижение экологического вреда и повышение безопасности полета – основные цели, определяющие сегодняшний прогресУстановлено, что повышение скорости выше числа Маха M = 0,85 не актуально для пассажирской авиации. Создание сверхзвуковых пассажирских самолетов считается задачей будущего.

Представлены результаты экспериментальных исследований в контролируемом эксперименте варикозной неустойчивости полосчатой структуры в пограничном слое скользящего крыла. С помощью термоанемометрических измерений получена картина пространственной эволюции полосчатой структуры с генерированным на ней вторичным высокочастотным возмущением. Показано, что реализована неустойчивость именно варикозного типа. Установлено, что вторичное возмущение нарастает по причине неустойчивости распределения средней скорости по нормали к стенке, вызванной развитием полосчатой структуры. Показаны особенности развития варикозного разрушения продольной стационарной полосчатой структуры, такие как модуляция структуры в продольном направлении частотой вторичного возмущения, появление новых полосчатых структур вниз по потоку и возникновение и развитие локализованных по пространству нестационарных образований. В отличие от течения в пограничном слое воздушного потока моделей крыла без скольжения, где эти структуры напоминают классические подковообразные структуры или лямбда-вихри, на скользящем крыле вследствие поперечного течения из двух составляющих структуру вихрей остается лишь один.

В условиях отрыва ламинарного пограничного слоя экспериментально смоделированы и изучены стационарные полосчатые структуры – специфические образования, которые могут быть вовлечены в процесс турбулизации сдвигового течения. Определены общие свойства и индивидуальные особенности указанных возмущений в двух различных режимах их возникновения.

С помощью теоремы импульсов Эйлера и метода Жуковского получено выражение для главного вектора аэродинамических сил, действующих на плоское тело в потоке вязкого, сжимаемого и теплопроводного газа при дозвуковых скоростях, позволяющее исследовать как физическую природу аэродинамических сил, так и влияние реальных свойств газа на аэродинамическое сопротивление и подъемную силу. В частности показано, что все “классические” виды аэродинамического сопротивления имеют одинаковую физическую природу и возникают вследствие роста энтропии течения в процессе обтекания тела и необратимого перехода в тепло части механической энергии потока. Подробно исследована задача о влиянии слабого теплообмена тела со средой на его профильное сопротивление. Получено общее выражение, определяющее изменение коэффициента сопротивления тела при наличии теплопередачи. Показано, что теплопередача от тела в поток уменьшает его сопротивление при условии неизменности характера обтекания. Для продольно обтекаемой плоской пластины получено конечное выражение, определяющее влияние температурного фактора на ее сопротивление. Приведено сравнение полученных результатов с известными результатами экспериментальных исследований.

В работе представлены результаты экспериментального исследования развития контролируемых периодических возмущений на продольной структуре в ударном слое на модели двумерной поверхности сжатия. Исследование выполнено методом электронно-пучковой флюоресценции азота. Получены данные о продольной фазовой скорости волн плотности, пространственном распределении возмущений в ударном слое, скорости роста и спектре волн плотности по поперечным волновым числам.

Методом прямого моделирования Монте-Карло исследовано нестационарное расширение пара в вакуум от плоской поверхности. Пар моделируется одноатомным газом (модель твердых сфер). Проведено исследование структуры и параметров течения, охватывающее режимы течения от свободномолекулярного до континуального. Особое внимание уделено структуре кнудсеновского и дозвукового слоев.

Экспериментально исследовано взаимодействие турбулентного воздушного потока и вдуваемой по нормали к его направлению низконапорной осесимметричной струи. Получены эмпирические зависимости, описывающие геометрию динамического и теплового пограничных слоев струи в поперечном потоке. Показано, что струя асимметрична в вертикальной плоскости относительно оси на начальном участке и становится практически спутной потоку на сравнительно небольшом расстоянии от источника. Показано, что струя в поперечном потоке обладает большей эжекционной способностью по сравнению с затопленными и спутными потоку струями.

Дан ретроспективный анализ работ по численному моделированию ламинарного течения и теплообмена в коридорных пакетах круглых труб, отличительной чертой которых является применение периодических граничных условий. Предложена оригинальная процедура коррекции среднемассовой температуры, развит и верифицирован многоблочный факторизованный алгоритм решения уравнений Навье – Стокса и уравнения энергии на базе структурированных пересекающихся сеток. Дан детальный анализ влияния чисел Рейнольдса и Прандтля на конвективный теплообмен в пакетах цилиндров различной плотности.

Предложен метод измерения комплексной податливости вязкоупругих покрытий, основанный на прямом определении амплитуды деформации и пульсационного давления. Величина динамической деформации 0,02 %. Частотный диапазон 200 Гц 2 кГц. Экспериментально измеренная комплексная податливость вязкоупругого покрытия сравнивалась с расчетом, выполненным на основе измеренных динамического модуля упругости и коэффициента потерь материала покрытия. Резонансная частота оказалась не зависящей от отношения диаметра контактной площадки к толщине покрытия. Предложено объяснение, согласно которому деформация покрытия определяется стоячей волной, имеющей узел на твердом основании и пучность на внешней поверхности покрытия. Проведенный анализ показал, что для достижения максимальной деформации покрытия под действием пульсационного давления необходимо выполнение двух условий: частота воздействия должна быть равной резонансной частоте покрытия (временной фактор), длина волны конвективного давления – равной учетверенной толщине покрытия (пространственный фактор).

Представлены результаты теоретического анализа форм равновесных жидких перемычек капиллярной весомой жидкости между горизонтальными цилиндрами, установленными один над другим. Разработан алгоритм расчета форм свободных границ перемычек. Даны примеры расчетов.

Разработана двухтемпературная физико-математическая модель процесса тепломассообмена воды и влажного воздуха на стадии формирования пузырей на отверстиях газораспределительных решеток барботажных аппаратов.Результаты численной реализации модели показали незначительное изменение температуры жидкости за время от возникновения пузыря до его отрыва. Также установлено, что в большинстве случаев температура жидкости в пенном слое (температура газожидкостного слоя) отличается от температуры охлаждающей жидкости. Двухтемпературная модель позволяет определить температуру охлаждающей жидкости в пенном слое и затем учесть ее значение при расчетах, проводимых в рамках однотемпературной модели.

Приводятся результаты экспериментального исследования кризиса кипения в области давлений, близких к критическим, и при больших недогревах толуола на входе в трубу, а также сравнение их с данными по воде. Установлены зависимости критического теплового потока от режимных параметров процесса. Выявлена отличительная особенность кризиса кипения в области давлений, близких к критическим. Предложены уравнения для расчета критического теплового потока при Р/Р_кр = 0,60 0,94.

Решена задача о предельном времени течения жидкости, затвердевающей в охлаждаемом плоскощелевом канале. Проведен анализ параметров процесса затвердевания жидкости и предельного времени ее течения. Сопоставление экспериментальных и аналитических результатов показало их удовлетворительное согласование и определило область применения расчетных данных.

Методом просвечивания образцов узким пучком гамма-излучения исследованы термические свойства эвтектического сплава Pb₈₃Mg₁₇ в твердом и жидком состояниях до температуры 825 K. Впервые определены изменения удельного объема при плавлении-кристаллизации. Измерено распределение плотности по высоте образцов. Показано, что эвтектический сплав системы Pb(Mg подвержен ликвации. Обнаружена неравновесная кристаллизация жидкого сплава в метастабильные фазы. Определены изменения плотности и характерные температуры этого процесса. Измерены объемные изменения при переходе неравновесных включений в равновесное состояние.

Проведена критериальная оценка откольного разрушения керамического сопла аргоновой горелки вблизи его среза. Получено выражение для размера критического откольного фрагмента разрушения L_кр, включающее константу материала А_м, которая характеризует изменение градиента температуры по оси Х при одномерном нагреве сопла без ограничения термического расширения. Приведены данные расчета L_кр для трех корундовых керамик.