Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2017 номер 3

Выполнено моделирование динамики дисперсной фазы в закрученном двухфазном потоке за внезапным расширением трубы с помощью эйлерова и полного лагранжева описаний. Несущая фаза описывается трехмерными осредненными по Рейнольдсу уравнениями Навье-Стокса с учетом обратного влияния частиц на процессы переноса в газе. Профили скорости, рассчитанные с помощью этих двух подходов, практически не отличаются. Показано, что основное отличие между эйлеровым и лагранжевым методами проявляется в профилях концентрации дисперсной фазы. Эйлеров метод предсказывает заниженное значение концентрации частиц по сравнению с лагранжевым (отличие достигает 15-20 %). Концентрация дисперсной фазы, рассчитанная по лагранжеву описанию, согласуется с данными измерений несколько лучше эйлерова подхода.

С помощью PIV (Particle Image Velocimetry) и лазерного доплеровского анемометра измерены компоненты тангенциальной и аксиальной скорости газа и частиц в вихревой камере с псевдоожиженным слоем частиц, выполнены качественные оценки динамики слоя частиц и численное моделирование течения в вихревой камере с центробежным псевдоожиженным кипящим слоем твердых частиц. Показано, что с ростом скорости газа в щелях завихрителя скорость вращения слоя растет практически линейно, с увеличением массы слоя скорость вращения падает. Путем численного расчета получены данные о распределениях объемной доли частиц и скорости течения газа внутри слоя.

С применением панорамных оптических методов на основе лазерно-индуцированной флуоресценции и анемометрии по изображениям частиц одновременно измерены поля мгновенной скорости потока и концентрации в нем пассивной примеси в модели камеры сгорания газотурбинной установки при реалистичных значениях расхода воздуха. Измерены пространственные распределения пульсаций скорости и концентрации пассивной примеси в турбулентном закрученном течении с расходом воздуха около 0,4 кг/с, а также распределения смешанных корреляций пульсаций скорости и концентрации пассивной примеси. Показано, что наиболее интенсивный турбулентный перенос наблюдается в области слоя смешения закрученного течения. Оценен вклад адвективной и турбулентной составляющих в перенос пассивной примеси в аксиальном направлении.

Выполнено численное моделирование нестационарного ламинарного обтекания вязкой несжимаемой жидкостью кругового цилиндра, совершающего вынужденные вращательные колебания вокруг своей оси. Уравнения Навье-Стокса решены методом конечных объемов с помощью пакета OpenFOAM. Установлены значения амплитуды и частоты вынужденных колебаний, при которых достигается максимальное снижение коэффициента сопротивления цилиндра.

Рассмотрена плоская нелинейная начально-краевая задача об отрывном обтекании пластинки, начавшей движение с постоянной скоростью из состояния покоя. Приведены результаты численного эксперимента, позволившие детально проследить процесс формирования вихревого следа за вертикальной пластинкой. Показано, что после начала движения за пластинкой последовательно формируются несколько устойчивых вихревых структур, включая дорожку Кармана. Обнаружено, что с появлением дорожки Кармана возникает резкий и существенный рост интенсивности вихревого следа и силы гидродинамического сопротивления с пульсирующим характером изменения с течением времени. Сделан вывод о возникновении на этом режиме автоколебаний жидкости около пластинки.

В работе представлены результаты анализа условий запуска некоторых лобовых осесимметричных воздухозаборников внутреннего сжатия, испытанных при числах Маха набегающего потока М = 3-8,4 в импульсных аэродинамических трубах. Результаты испытаний сопоставляются с данными численных расчетов невязкого, ламинарного и турбулентного течений, выполненных методом установления с определением горла запуска и критического горла воздухозаборников, соответствующего максимально возможной степени геометрического сжатия захватываемой сверхзвуковой струи при ее торможении в уже запущенном воздухозаборнике. Анализируется изменение расчетных картин течения в воздухозаборниках в зависимости от изменения проходных сечений внутреннего канала воздухозаборника.

Предложен критерий развития сухих пятен в изотермических пленках жидкости на горизонтальной подложке. Выведены формулы для сил гравитации и сил поверхностного натяжения, действующих в плоскости подложки на валик, окружающий сухое пятно, баланс которых определяет, какое из малых начальных пятен закроется, а какое разовьется в большое пятно.

В рамках приближенной физико-математической модели рассмотрена стационарная задача о распространении вдоль плоского нагревателя фронта испарения перегретой жидкости. Получена аналитическая зависимость толщины парового слоя от координаты и физических параметров. Решение представлено в инвариантной безразмерной форме. Показано удовлетворительное соответствие теоретических результатов новым экспериментальным данным.

Разработана методика расчета инфрокрасного излучения колебательно-неравновесного газа на основе метода k-распределения. Сопоставление данных настоящего расчета неравновесного излучения с результатами других авторов и с экспериментальными данными продемонстрировало удовлетворительное согласование. Показано, что результаты расчета интенсивности излучения с использованием неравновесной и равновесной методик существенно отличаются друг от друга. Расхождение усиливается с ростом высоты (уменьшением давления) и может превышать порядок величины.

В работе представлены результаты численного и экспериментального исследований развития возмущений в гиперзвуковом ударном слое на пластине, обтекаемой потоком смеси колебательно-возбужденных газов. Экспериментальное исследование проводилось в импульсной высокоэнтальпийной аэродинамической трубе ИТ-302 ИТПМ СО РАН. Численное моделирование выполнялось с помощью пакета ANSYS Fluent на базе решения нестационарных двумерных уравнений Навье-Стокса с добавлением модулей, создаваемых пользователем и позволяющих учитывать колебательную неравновесность молекул углекислого газа в рамках модели двухтемпературной аэрогазодинамики. Получено, что увеличение концентрации углекислого газа в смеси с воздухом приводит к снижению интенсивности возмущений давления на поверхности. Показана эффективность (до 20 %) управления переходом к турбулентности методом звукопоглощающих покрытий в колебательно возбужденных потоках смеси углекислого газа и воздуха.

Приведены результаты численного исследования характеристик сверхзвуковых эжекторов с разными типами сопловых устройств. Работа проводились в целях разработки эффективного эжектора для систем восстановления давления сверхзвуковых химических лазеров. Особенностью работы эжектора в составе систем восстановления давления является то, что в этом случае смешивающиеся эжектирующий и эжектируемый газы имеют разные термодинамические свойства, а коэффициент эжекции зависит от отношения температур и молекулярных весов этих газов. Поскольку в основе работы эжектора лежит процесс смешения, то задача состояла в интенсификации этого процесса с помощью сопловых устройств особой геометрии. Эффективность эжекторов оценивалась по интегральному параметру ¾ произведению коэффициента эжекции на степень сжатия. Расчеты трехмерного течения вязкого газа в канале эжектора выполнялись с помощью программного пакета ANSYS. При выполнении верификации численной модели проводилось сравнение с экспериментальными данными, полученными ранее на модельной эжекторной установке и при испытании реальных систем восстановления давления со сверхзвуковыми химическими лазерами.

Во многих химических газовых лазерах, работающих при низких давлениях генератора потока, используются сверхзвуковые течения с низким давлением газа в рабочей полости; эти лазеры могут быть отнесены к высокопроизводительным системам, допускающим масштабирование до мегаватных мощностей. К таким лазерам относятся химический кислород-йодистый и водород-фтористый (дейтериево-фтористый) лазеры. Возможность использования перечисленных лазерных систем в различных приложениях увеличивается в случае выпуска вторичного потока непосредственно в окружающую атмосферу. В результате система восстановления давления на основе эжектора образует эффективную конфигурацию для работы устройства в открытом цикле. Считается, что в таких лазерных системах следует использовать по крайней мере две эжекторные ступени ¾ с высоким и низким давлением, из которых ступень с низком давлением является более критической, поскольку она непосредственно обеспечивает увлечение рабочей среды лазера и может приводить к возмущению потока в рабочей полости, которое, если оно имеет место, может оказывать влияние на работу лазера. Следовательно, выбор разумной схемы инжекции эжектирующего потока, именно, периферийной или центральной, представляет собой важную газодинамическую проблему, поэтому представляется весьма полезным экспериментальное параметрическое сравнение рабочих характеристик соответствующих конфигураций эжектора. В настоящей работе поставлена задача экспериментального изучения влияния изменения давления высоконапорного газа, коэффициента эжекции устройства, условий по противодавлению, взаимного расположения инжектирующего сопла и химического кислород-йодистого лазера, а также выявление причин такого влияния.

Приведены результаты экспериментальных исследований получения наноструктурированных порошков карбида кремния в плазмохимическом реакторе на основе двухструйного плазмотрона. Термодинамическими расчетами определены условия образования SiC в зависимости от температуры и состава исходных компонентов. Экспериментально показана возможность синтеза карбида кремния с размерами частиц 5-20 нм.

Численно исследуется поле течения, проходящего через высоконагруженную турбину низкого давления при расчетных и нерасчетных условиях. Используется открытая интегрируемая платформа «Field Operation and Manipulation» (OpenFOAM) как инструмент вычислительной гидродинамики. Исследуется влияние разрешения сетки на результаты расчетов k-e , k-w моделей турбулентности и метода моделирования крупномасштабных вихрей (LES), которые сравниваются с результатами измерений. Обнаружен численный провал в давлении в задней части поверхности лопатки с высоким давлением, который чувствителен к разрешению сетки и модели турбулентности потока. LES-модель способна моделировать отрыв как на грубой, так и на мелкой сетках. Нерасчетное условие моделируется путем задания отрицательных и положительных углов натекания потока. Численные эксперименты показывают, что отрывной пузырь, генерируемый на стороне лопатки с высоким давлением, предсказывается с помощью LES. Рассчитано падение полного давления при углах натекания потока между -20° и +8°. Получено минимальное падение полного давления по k-ω модели и LES-методом в проектной точке.

Объектом исследования являются парогазовые и газотурбинные установки с впрыском и без впрыска воды в межотсечное пространство воздушного компрессора. Целью настоящей работы являются технико-эко-номические оптимизационные исследования данных установок с впрыском воды между частями воздушного компрессора. В программной среде ПВК «Система машинного построения программ» построены математические модели обеих установок. Проведены оптимизационные расчеты по критериям минимума удельных капиталовложений и максимума КПД для всех схем построенных установок. Определены оптимальные зависимости удельных капиталовложений в установки от их КПД. Сделаны выводы об эффективности впрыска для газотурбинной и парогазовой установок. Для газотурбинной установки экономическая эффективность впрыска существует для любых значений КПД установок по сравнению с установками без впрыска, а для парогазовой установки эффективность впрыска характерна лишь для определенного диапазона КПД установки.

24 мая 2017 г. исполнилось 90 лет известному ученому-теплофизику, профессору, действительному члену РАН Александру Ивановичу Леонтьеву.

6 мая 2017 года исполнилось бы 80 лет известному ученому-теплофизику, академику РАН, доктору технических наук, профессору Эдуарду Петровичу Волчкову.

7 июня 2017 года исполняется 80 лет известному ученому в области материаловедения, доктору технических наук, профессору Галине Михайловне Жарковой.