Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2015 номер 1

Представлены результаты численного моделирования обтекания конфигураций, состоящих из двух смежных клиньев со стреловидными передними кромками, расположенных на поверхности предварительного сжатия. Рассмотрено обтекание клиньев сжатия с различной стреловидностью передних кромок: нулевой (χ = 0), прямой (χ > 0) и обратной (χ < 0). Стреловидные клинья отклоняют сжимаемые ими потоки либо в стороны, противоположные от плоскости симметрии конфигурации (χ > 0), либо навстречу друг другу (χ < 0). Расчеты выполнены на основе осредненных уравнений Навье-Стокса и SST κ-ω модели турбулентности при числе Маха набегающего потока М = 6. Анализируется различие структуры обтекания, которая включает, в частности, квазиконические трехмерные отрывы турбулентного пограничного слоя на клине предварительного сжатия, индуцируемые скачками уплотнения, формируемыми стреловидными клиньями. Представлены характеристики бокового растекания потока на клиньях сжатия различной стреловидности.

Представлены результаты экспериментальных исследований развития одиночных кратковременных волновых пакетов в пограничном слое плоской пластины при числе Маха М = 2. Исследовано влияние волновых пакетов на начало процесса ламинарно-турбулентного перехода. Обнаружено взаимодействие волновых пакетов с естественными возмущениями. Детально изучена пространственно-волновая структура волновых пакетов. Получены оценки угла расплывания и скоростей распространения волновых пакетов.

Проведено численное моделирование пространственного турбулентного отрывного течения в окрестности установленного на пластине плохообтекаемого тела (параллелепипеда с соотношением сторон 1:1:2). Выявлена трехмерная структура течения в окрестности тела, получены поля распределений параметров течения. Выполнено сравнение результатов расчетов пространственного отрывного течения, полученных с использованием нескольких моделей турбулентности, с экспериментальными данными по профилям средней скорости и кинетической энергии турбулентности. Показано, что ограничение члена порождения турбулентной кинетической энергии позволяет снизить уровень турбулентной вязкости и повысить точность предсказания отрывных зон.

Рассматривается полуэмпирическая модель гидродиода. В основу модели положено уравнение баланса расхода жидкости, протекающей через двухмембранный гидродиод. Проведены сравнения результатов численного исследования с экспериментальными данными.

Приводятся результаты численного исследования гидродинамики и теплообмена при ламинарном течении вязкоупругой жидкости в плоскощелевом канале. Для описания вязкоупругих свойств жидкости используется модель нелинейно-вязкоупругой жидкости Фан–Тьен–Таннера. Рассматривается решение поставленной задачи в программном пакете «COMSOL Multiphysics». Приводится верификация предложенного метода решения. Установлено, что при течении вязкоупругой жидкости в плоскощелевом канале максимальный вклад температурного разогрева за счет диссипации составляет примерно 7–8 %.

В работе представлены результаты тестирования методики расчета двухфазных течений в мини- и микроканалах. Методика расчета основана на известном методе жидкости в ячейках и процедуре CSF для учета сил поверхностного натяжения. При помощи данной методики были рассмотрены задачи о течении водомасляной эмульсии и газожидкостном течении в микроканалах Т–типа, а также проведено моделирование стационарного газового снаряда в круглом миниканале; выполнено сравнение численных результатов с экспериментальными данными; получено хорошее согласование результатов.

Проведен приближенный кинетический анализ интенсивной конденсации на основе системы уравнений сохранения молекулярных потоков массы, импульса и энергии в слое Кнудсена. В качестве замыкающего соотношения использовалось условие сохранения потока конденсации между границей слоя Кнудсена и поверхностью перемешивания. Получено приближенное аналитическое решение задачи в виде зависимости отношения давлений от температурного отношения с числом Маха в качестве параметра. Аналитическое решение хорошо согласуется с результатами имеющихся численных расчетов.

Методом измерения времени жизни перегретой жидкости определены температуры предельного перегрева раствора кислород–азот–гелий. Предложена методика расчета свойств данного раствора (температура предельного перегрева, давление насыщенных паров, плотность) по данным о свойствах растворов кислород–гелий и азот–гелий. Поверхностное натяжение раствора кислород–азот–гелий определено в специальном опыте.

Приведены результаты исследований дугового плазмотрона для нагрева водяного пара. Впервые реализована конструктивная схема генератора пароводяной плазмы с медными электродами ступенчатой геометрии. Энергетические характеристики плазмотрона и эрозия электродов отражают особенности их поведения при горении дуги в плазмообразующей среде водяного пара. Результаты численного исследования теплового состояния составных медно-стальных электродов существенным образом повлияли на оптимизацию водоохлаждения анода для повышения ресурса его работы.

Получены уравнения, описывающие теплопроводность композитных тел, пространственно армированных системой гладких трубок, по которым в ламинарном режиме прокачивается несжимаемый жидкий теплоноситель. Сформулирована соответствующая краевая задача теплопроводности и проведен ее качественный анализ. Выполнены расчеты стационарных температурных полей в цилиндрических оболочках, спирально армированных трубками, по которым движется жидкий теплоноситель. Исследовано влияние на температурное поле параметров армирования, скорости и направления движения жидкости в трубках и размеров поперечных сечений трубок. Выявлено, что эти характеристики позволяют существенно изменить температурное поле и его градиенты в композитной конструкции, создавая широкие возможности для эффективного управления тепловыми полями.

Представлены результаты экспериментального исследования влияния порошковых наномодификаторов из тугоплавких соединений на механические свойства, макро– и микроструктуру жаропрочных сплавов ЖС–6К и Inconel 718. Показано, что введение в расплав наномодификаторов приводит к измельчению структуры сплава — средний размер зёрен уменьшается в 1,5–2 раза, а их морфология становится близкой к равноосной при существенном уменьшении размера частиц карбидной фазы. Срок службы сплава ЖС–6К в условиях циклической нагрузки при 600 °C возрастает в 2,7 раза, а при 975 °C — на 40 %, относительное удлинение увеличивается более чем в два раза. Значительно повышаются механические свойства сплава Inconel 718: длительная прочность при 650 °С увеличивается в 1,5–2 раза, число циклов до разрушения при 482 °С — более чем в три раза. Установлено, что введение в расплав наномодификаторов формирует в сплавах скопления частиц тугоплавких соединений на границах и стыках образовавшейся зёренной структуры, что способствует замедлению процессов рекристаллизации (предотвращает увеличение размера контактирующих зерен путем их объединения) и стабилизирует прочностные свойства сплавов при повышенных температурах.

21 января 2015 года ушел из жизни известный ученый в области теплотехники и энергетики, почетный профессор Уральского федерального университета, заслуженный деятель науки и техники РСФСР Альберт Павлович Баскаков.