Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2004 номер 4

Представлен обзор наиболее распространенных в практике методов создания надежных средств защиты теплонагруженных поверхностей летательных аппаратов, представляющих собой комплекс сложных задач, к числу которых относятся вопросы, связанные с процессами массообмена на обтекаемой потоком поверхности. Обсуждаются пассивные и активные методы тепловой защиты, основанные на применении уносимых потоком теплозащитных покрытий. В обзоре классифицированы исследования, в том числе проведенные в последние годы, которые позволяют сделать вывод о высокой эффективности и перспективности применения систем активной тепловой защиты летательных аппаратов путем принудительного вдува охладителя в пограничный слой.

Практическое подавление роста акустической моды возмущений в гиперзвуковом пограничном слое может быть обеспечено применением специальных, поглощающих звук, пористых покрытий. Для условий испытаний в гиперзвуковых аэродинамических трубах требуются достаточно гладкие и тонкие покрытия, имеющие значительный коэффициент поглощения звука в области высоких частот и при низком статическом давлении. В работе исследованы акустические свойства двух типов покрытий для аэродинамических моделей: с регулярной структурой пор и хаотической пористостью. Были определены акустические характеристики каждого пористого покрытия в звуковом диапазоне частот методом акустического интерферометра и рассчитаны их акустические свойства в широком диапазоне частот. Для расчетов использовались модели, соответствующие каждому типу материалов. Прямые измерения коэффициента поглощения звука покрытиями на моделях для аэродинамического эксперимента в ультразвуковом диапазоне частот при атмосферном давлении, а также импеданс покрытий в звуковом диапазоне частот при пониженном давлении обнаруживают хорошее соответствие модельным представлениям.

Экспериментально изучены стационарные локализованные возмущения (полосчатые структуры) ламинарного течения с отрывом пограничного слоя за уступом поверхности. Результаты работы объясняют ранее обнаруженные особенности структур в различных условиях их генерации и показывают, что развитие подобных возмущений в зоне отрыва потока выходит за рамки классической теории гидродинамической устойчивости для сдвиговых течений.

Методом времяпролетной масс-спектрометрии исследована динамика распада свободных молекул фуллерена С₆₀ и эндофуллерена Li@C₆₀, возбужденных импульсным лазерным излучением. Основное внимание уделено специфическому явлению в кластерах ( задержанной ионизации. Установлено, что на значительных временах задержки после возбуждения (более 10 мкс) происходит резкое уменьшение выхода задержанных ионов С₆₀. Измерено время жизни метастабильного триплетного состояния высоковозбужденной молекулы С₆₀. Обнаружен эффект задержанной ионизации в молекуле Li@C₆₀ и выявлены каналы ее распада в зависимости от интенсивности лазерного излучения.

Эжекция окружающего воздуха приводит к изменению полей скорости и температуры в предварительно перемешанном пламени ацетилена. В статье проанализирован процесс перемешивания ацетилена с окружающим воздухом на разных участках пламени для различных соотношений воздух/ацетилен. Выполнен условный и безусловный статистический анализ сигналов лазерного доплеровского анемометра (ЛДА) при разном введении частиц в струю и/или воздух. По сравнению с используемой обычно безусловной условная статистика флуктуаций скорости может дать нам больше данных об интенсивности турбулентного перемешивания в пламени. Средняя скорость, интенсивность турбулентности и функция плотности вероятности мгновенных скоростей измерялись в различных поперечных сечениях пламени. Измерения полей скорости выполнялись ЛДА, а для измерения полей температуры использовалась термопара Pt-PtRh10 %. Установлены соотношения между средними скоростями и функциями плотности вероятности при разных способах подачи частиц. Применен фактор смешения для учета интенсивности перемешивания. С помощью сравнительного анализа полученных профилей средней скорости и температуры, длины и ширины характерных областей предварительно перемешанного ацетиленового пламени установлены его основные свойства для различных соотношений топливо/воздух.

На основе принципа максимума расхода и интегрального метода расчета пограничного турбулентного слоя предложен метод вычисления гидравлического сопротивления коротких вихревых камер в случае течения несжимаемой жидкости. Результаты расчета удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными.

Представлены результаты экспериментальных исследований возникновения нестационарности закрученного потока в кубическом контейнере. Методами лазерной доплеровской анемометрии выполнены измерения окружной и осевой компонент вектора скорости в диапазоне чисел Рейнольдса 1000–2500. Установлено, что в кубическом и цилиндрическом контейнерах при возрастании числа Рейнольдса существенно различаются не только сценарии развития закрученного потока, но и моменты возникновения и роста его пульсаций. Получена зависимость амплитуды пульсаций от чисел Рейнольдса, показано, что точка начала линейного роста амплитуды соответствует Re = 1400. Проведен спектральный анализ, показавший существование различных мод возмущений потока при различных числах Рейнольдса, показано, что в диапазоне 1400–2000 пульсация близка к гармонической, а затем возникают дополнительные моды.

Представлены результаты экспериментов по диагностике нестационарного потока за рабочим колесом в отсасывающей трубе гидротурбины Френсиса при переходе от оптимальных режимов работы к форсированным. Высокоточные измерения профилей скоростей закрученного мутного гидропотока с пузырьками воздуха осуществлены с помощью новейшего полупроводникового лазерного доплеровского анемометра ЛАД05-ЛМЗ, разработанного с использованием технологии "Field Programmable Gate Array" и новой методики адаптивного выделения доплеровской частоты. Проведено комплексное тестирование метода и средств измерения. Сопоставлен расход воды, полученный из универсальной характеристики модели гидротурбины и рассчитанный по измеренным профилям осевой скорости. Показано, что суммарная ошибка определения расхода не превышала 5%.

Приведены результаты испытаний в аэродинамической трубе модели ветродвигателя, в котором вместо традиционных лопастей используются вращающиеся цилиндры. Определены основные характеристики ветроколеса (мощность, быстроходность) при варьировании различных параметров: скорости потока, числа цилиндров, их удлинения, скорости вращения, величины нагрузки на генератор, а также при некоторых дополнительных изменениях формы. Сделаны оценки характеристик ветроколеса при параметрах, близких к оптимальным.

Проводится сравнение на основе серии численных расчетов и с использованием экспериментальных данных двух моделей фильтрации: с фазовыми подвижностями и с фазовыми проницаемостями Маскета – Леверетта.

Рассмотрена задача об инжекции влажного пара из скважины в пористую среду. Для области фильтрации пара вблизи скважины получены аналитические решения в рамках гомобарического приближения, на основе которых изучены влияния давления в скважине, температуры и влагосодержания закачиваемого пара, а также начального состояния пористой среды на особенности распространения гидродинамических и температурных полей в пористой среде. Получено критическое условие, при котором для области фильтрации пара можно принять гомобарическое приближение.

Приведены результаты экспериментального исследования локальных характеристик опускного пузырькового течения в вертикальной трубе. Проведены измерения при значениях приведенных скоростей жидкости от 0,3 до 1 м/с и малых расходных объемных газосодержаниях (от 0,01 до 0,03). Измерения локальных параметров течения выполнены с использованием электрохимического метода. Результаты экспериментов говорят о существенной деформации структуры двухфазного течения по сравнению с однофазным потоком даже при малых расходных газосодержаниях. Влияние газовой фазы на характеристики течения становится более значительным при уменьшении скорости жидкости. Показано, что в двухфазном течении при росте расходного газосодержания происходит уменьшение турбулентных пульсаций скорости жидкости в пристенной области.

Приведены результаты исследований размеров и формы паровых полостей, возникающих при гетерогенном взрывном кипении органических жидкостей при насыщении в условиях большого объема. Рабочим участком служила трубка из нержавеющей стали наружным диаметром 2,5 мм. Нагрев рабочего участка квазистационарный. Проводились скоростные киносъемки процесса взрывного кипения со скоростями до 25000 кадр/с. Исследования показали, что законы роста поперечных размеров частей паровых полостей, возникших в результате распространения фронтов испарения, подобны друг другу. Во всех опытах показатель степени в законе роста поперечного размера оказался одним и тем же для всех поперечных сечений и равным показателю степени в законе роста парового пузыря. Предложена расчетная зависимость для образующей паровой полости при гетерогенном взрывном кипении в условиях насыщения.

Описана усовершенствованная методика и приведены результаты определения скоростей седиментации индивидуальных пыльцевых зерен березы, осины и их агломератов, содержащих до 9 и 6 частиц соответственно. Найдены зависимости средней скорости седиментации () агломерата от числа содержащихся в нем частиц (j), которые задаются соотношениями: =1,4 j^0,405 – для березы и =2,2j^0,322 – для осины, приводится также изменчивость этих величин.

Методом высокочастотных тепловых волн измерена теплоемкость С_р жидкого 1,1,2,3,3,3-гексафторпропана (R-236ea) в интервале температур 264 354 K и давлений до 31,7 бар. Рассчитана теплоемкость жидкости (С_рs) на линии равновесия жидкость – пар. Определены зависимости С_р(Р,Т) и С_рs(Т).