Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2004 номер 3

Представлены результаты исследований синусоидальной и варикозной неустойчивости полосчатых структур на нелинейной стадии ламинарно-турбулентного процесса в сдвиговых течениях. Обсуждается поведение течения в процессе пространственной эволюции полосчатых структур с генерированным на них вторичным высокочастотным возмущением. Рассмотрены различные сценарии возникновения и развития когерентных вихревых структур, исследованных как в физическом, так и в численном экспериментах. Показаны особенности развития синусоидального и варикозного случаев разрушения продольной стационарной полосчатой структуры, такие как модуляция структуры в трансверсальном и продольном направлениях частотой вторичного возмущения, появление новых полосчатых структур вниз по потоку и возникновение и развитие локализованных по пространству нестационарных образований типа лямбда-структур в обоих случаях.

Исследована задача распределенного (по продольной координате) возбуждения трехмерных волн Толлмина – Шлихтинга (ТШ) слабыми нестационарными вихрями внешнего потока, распространяющимися вдоль границы ламинарного пограничного слоя, нарастающего над поверхностью пластины с двумерными неоднородностями малой амплитуды. Проведен теоретический анализ соответствующего механизма возбуждения и на его основе дано определение функций (коэффициентов) распределенной восприимчивости течения и разработан метод их экспериментального определения, основанный на аппроксимации экспериментальных распределений аналитическими решениями. В условиях контролируемых возмущений проведено количественное экспериментальное исследование распределенной восприимчивости пограничного слоя Блазиуса к нестационарным вихрям внешнего потока с вектором завихренности, нормальным к стенке, в присутствии периодических по продольной координате двумерных неровностей поверхности. Проведены подробные термоанемометрические исследования возмущений как в свободном потоке, так и пограничном слое; измерена форма неровности поверхности. С помощью метода точечного источника экспериментально изучены характеристики линейной трехмерной устойчивости исследуемого течения, необходимые для получения коэффициентов распределенной восприимчивости. Обнаружено, что вихри внешнего потока возбуждают в пограничном слое трехмерные волны ТШ посредством двух механизмов восприимчивости: на гладкой поверхности и при взаимодействии вихрей с неровностями поверхности. На основе разработанного подхода экспериментально определены величины амплитуд и фаз коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости обоих указанных типов как функций поперечного волнового числа. Найдено, что течение наиболее восприимчиво к квазидвумерным вихревым возмущениям. В то же время обнаружено, что при выбранном продольном волновом числе неровности наиболее эффективно возбуждаются трехмерные волны ТШ, для которых реализуется резонанс волновых чисел. Показана принципиальная роль резонанса в порождении волн неустойчивости и его большая ширина в спектре поперечных волновых чисел.

В условиях модельного эксперимента в пограничном слое прямого крыла исследованы ха-рактеристики и особенности развития продольных вихревых структур, полученных методом вдува (отсоса). Исследования выполнены в дозвуковой малотурбулентной аэродинамической тру-бе с использованием термоанемометрического метода регистрации возмущении. Обнаружено, что при генерации контролируемых возмущении (продольных структур) в пограничном слое прямого крыла вблизи фронтов продольных возмущении возбуждаются высокочастотные волно-вые пакеты—предвестники. Исследована динамика развития волновых пакетов в зависимости от следующих характеристик: градиентов скорости на переднем и заднем фронтах продольного воз-мущения, способа его генерации (вдув/отсос). Проведена аналогия между предвестниками и паке-тами волн Толлмина—Шлихтинга.

Обсуждаются результаты экспериментального исследования характеристик несжимаемого турбулентного пограничного слоя, формирующегося на плоской пластине в условиях воздействия вязкоупругого (податливого) покрытия, изготовленного из синтетического каучука. Показано, что при малых скоростях воздушного потока (U    10(15 м/с) исследованный образец вязкоупругого покрытия с заданными свойствами обеспечивает снижение поверхностного трения до 5 % и поэтому может рассматриваться в качестве пассивного способа управления свойствами турбулентного пограничного слоя в воздушном потоке.

Представлены результаты экспериментального исследования гравитационного пленочного течения в модели кубической шаровой засыпки. Для регистрации полей скорости применен метод PIV (Particle Image Velocimetry) с использованием засыпки с прозрачными элементами в качестве составляющих оптической системы. Впервые измерены мгновенные и осредненные поля скорости в “мениске” в окрестности боковых точек контакта. Проведена классификация режимов течения, выделены режимы с образованием вихревой пары и струйным срывом потока.

Емкостным методом выполнено измерение волновых характеристик течения пленки воды по вертикальной пластине с нагревателем размером 150x150 мм. Воздействие плотности теплового потока на волновое течение пленки жидкости приводит к формированию струй и тонкой пленки между ними. В межструйной области амплитуда волн и частота пульсаций толщины уменьшаются. Трехмерные волны распространяются по гребням струй. Амплитуда волн определяется изменением толщины пленки жидкости под действием термокапилллярных сил. Относительная амплитуда практически не зависит от плотности теплового потока.

Рассматриваются закономерности движения сверхзвуковых гетерогенных течений (газ + твердые частицы) и их взаимодействия с преградами, используемые для поиска эффективных средств управления технологическими процессами с применением этих течений (эрозионная резка, абразивная очистка, напыления и др.). Основное внимание уделено вопросам оптимального ускорения частиц размером 1(100 мкм в потоках газа с умеренной температурой торможения 300(800 K до скоростей 100(1000 м/с при низких объемных концентрациях (менее 10^-3) в соплах Лаваля круглого и прямоугольного поперечных сечений.

Проведено экспериментальное исследование структуры зон горения водородного пламени в сверхзвуковой нерасчетной высокотемпературной воздушной струе. Подтверждена достоверность результатов, получаемых при регистрации излучения водородно-воздушного пламени в видимой области спектра в условиях проводимого эксперимента. С помощью высокоскоростной регистрирующей аппаратуры выяснена динамика развития зон горения на периферии пламени. Показана прямая связь зон горения факела с газодинамической структурой нерасчетной внешней воздушной струи. Определена скорость перемещения крупномасштабных зон горения и причины неустойчивости хвостовой части факела.

Проведено численное исследование процесса плазменной термохимической активации аэросмеси в камере с плазмотроном. Экспериментальные данные, необходимые для верификации используемых математических моделей, получены на оборудованной плазмотроном прямоточной горелке. В результате расчетов определены значения температур, скоростей газа и твердых частиц, а также концентрации газообразных компонентов по длине камеры с плазмотроном, получены профили температур, скоростей и концентраций газа и угольных частиц в объеме камеры. Численные результаты удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.

Проведено численное моделирование процессов конвективного тепломассопереноса в реальных топочных камерах при сжигании обычного топлива и топлива, прошедшего обработку в электродуговых плазмотронах, установленных на горелках. Полученные результаты представлены в виде полей температуры и концентраций основных компонентов. Проведено сравнение распределения основных параметров процесса горения для двух режимов работы топочных камер. Анализ полученных результатов говорит о положительном влиянии плазменной подготовки на основные кинетические и теплофизические характеристики процесса.

18 июня 2004 г. исполнилось 90 лет со дня рождения выдающегося ученого, академика Самсона Семеновича Кутателадзе. Он внес неоценимо большой вклад в развитие науки о тепломассопереносе.

5 августа 2004 года исполнилось 60 лет Заслуженному деятелю науки РФ, доктору технических наук, профессору Виктору Ивановичу Терехову.