Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2019 номер 1

Разработаны два метода определения эквивалентного аэродинамического демпфирования моделей спускаемых аппаратов. В первом методе эквивалентное аэродинамическое демпфирование определяется по экспериментальным огибающим переходного процесса угла атаки по времени, во втором ¾ по всем экспериментальным точкам переходного процесса. Выявлено, что оба метода дают близкие результаты. Проведена проверка адекватности методов для модели спускаемого на Землю космического аппарата, которая показала, что расчетные переходные процессы по углу атаки удовлетворительно согласуются с экспериментом.

Исследуется эффективность применения струйного насоса (эжектора) для управления обтеканием крыла на взлетно-посадочных режимах полета. Это устройство позволяет организовать одновременный отсос пограничного слоя через щель на верхней поверхности крыла и выдув струи газа в окрестности задней кромки крыла через плоский диффузор щелевого типа, что делает возможным эффективно реализовать принцип управления обтеканием крыла с помощью отсоса или выдува струи. Конструкция струйного насоса позволяет получать значения скоростей отсоса и выдува порядка 50-100 м/с. В работе предложена математическая модель обтекания профиля крыла с учетом работы струйного насоса и представлены результаты расчетных исследований аэродинамических характеристик одно- и трехзвенного профиля на режиме посадки. Показано, что одновременное использование отсоса и выдува эффективнее увеличивает несущие свойства механизированного профиля, чем раздельное использование отсоса или выдува.

Представлены результаты численного исследования взаимодействия сверхзвукового набегающего потока с числом Маха 3,85 с поперечной газовой струей, выдуваемой из поверхности осесимметричной модели, расположенной под нулевым углом атаки к потоку. Численное моделирование проводилось на основе осредненных уравнений Навье-Стокса с использованием модели турбулентности k-w SST. Проведено также исследование влияния выдува газовой струи на перераспределение давления по поверхности осесимметричной модели и на образование дополнительной поперечной силы и момента. Перемещение отверстия выдува по длине модели приводит к существенному изменению возникающих сил и моментов. Показано принципиальное различие в распределении давлений по поверхности при выдуве струи из осесимметричного тела и из плоской пластины.

Численным образом изучены особенности смены режимов «диффузия-гравитационная концентрационная конвекция». Показано, что при определенном составе смеси и давлении за счет различия в коэффициентах диффузии компонентов возникают существенно нелинейные распределения концентраций компонентов, которые приводят к соответствующему распределению плотности газовой смеси. Это является причиной образования структурированных формирований и возникновения конвективной неустойчивости в исследуемых смесях. Проведена оценка времени возникновения конвективных течений и средней скорости переноса компонентов. Полученные результаты сравниваются с опытными данными.

Построена численная модель и выполнено исследование динамики цилиндрической локализованной области турбулентных возмущений в продольном горизонтально однородном сдвиговом потоке линейно стратифицированной жидкости. Результаты расчетов показали значительное порождение энергии турбулентности за счет градиентов сдвигового течения. Также получено, что сдвиговое течение слабо влияет на генерируемые при эволюции зоны турбулентного смешения внутренние волны.

Описываются проводимые в гидротрубе эксперименты по влиянию двухслойных податливых покрытий на поверхностное трение плоской пластины при скоростях потока до 16 м/с. Для документирования свойств покрытий были измерены динамические вязкоупругие свойства использованных резин в диапазоне частот, приблизительно соответствующем диапазону частот колебаний давления на стенке при актуальных скоростях потока. Данные о характеристиках вязкоупругих свойств покрытий и экспериментальные данные о взаимодействии покрытий с потоком образуют базу данных, необходимую для проверки различных теорий и полуэмпирических моделей прогнозирования эффективности такого взаимодействия.

Выполнены численные исследования инициирования детонации в реагирующей водород-кислородной смеси сферическим снарядом малого диаметра, летящим со скоростью, превышающей скорость Чепмена-Жуге. Математическая модель основана на приведенной кинетической схеме для описания химических реакций. При верификации расчетного алгоритма проведено сравнение режимов течения и размера детонационной ячейки для численных и экспериментальных данных. Получено согласование расчетных и экспериментальных картин течения, количественное соответствие режимов существования наклонных детонационных волн.

В работе рассмотрена методика исследования характеристик теплового излучения гетерогенных продуктов сгорания в факеле модельного ракетного двигателя на твердом топливе. Вычислительным экспериментом установлено влияние на спектральные и интегральные плотности потока энергии излучения и степени черноты скоростной и температурной неравновесностей газа и частиц. Значения величин неравновесностей определены при разных критических сечениях сопла и средних размерах частиц. Установлено, что скоростная неравновесность слабо сказывается в полосах излучения газовой фазы и сильнее проявляется в полосах прозрачности газовой фазы. Определяющей при расчетах характеристик излучения является температурная неравновесность, на фоне которой сильнее проявляется скоростное запаздывание частиц.

В качестве одиночного элемента многоячеистого пламени исследовалось восходящее течение бедной пропано-воздушной смеси сквозь круглое отверстие диаметром 10 мм, затянутое латунной сеткой. Температура газа измерялась методом CARS (Coherent Antistokes Raman Scattering) с оригинальным программным обеспечением для обработки спектров. Вертикальная и горизонтальная компоненты скорости измерялись методом PIV (Particle Image Velocimetry). Распределение тепловыделения и тепловых потоков, которое нельзя получить в прямых измерениях, оценивалось с применением балансовых соотношений в уравнении энергии. Результаты сопоставлялись с известными данными для пламени богатой смеси, полученными в опытах с той же самой горелкой. Конвективный и молекулярный перенос рассматривались по отдельности. Было показано, что в случае горения богатой смеси пропан-бутана с воздухом потоки тепла, обусловленные теплопроводностью, достигают максимума в центре зоны тепловыделения. Их интенсивность существенно ниже в сравнении с конвективными потоками, которые, в свою очередь, практически вдвое слабей конвективных потоков в пламени бедной смеси. Наибольшие значения интенсивности тепловыделения в пламени богатой смеси ниже, чем в бедной.

Разработана математическая модель физико-химических процессов при турбулентном течении смесей алканов с числом атомов углерода 0 < C < 9 в обогреваемых каналах. Для описания процесса турбулентного переноса использованы уравнения Навье-Стокса, а для описания термического разложения углеводородов применялся детальный кинетический механизм. Приведено подробное описание разработанной модели и результатов ее верификации на основе экспериментальных данных. В представленной работе модель использована для численного исследования сопряженного теплообмена в плоском обогреваемом канале системы охлаждения перспективных прямоточных авиационных двигателей на эндотермических углеводородных топливах. Выполнена двухкритериальная оптимизация исходного состава эндотермического углеводородного топлива для получения максимальных эндотермического эффекта и энергосодержания получаемой горючей смеси углеводородов, далее подаваемой в камеру сгорания двигателя. Ограничениями при оптимизации являются максимально допустимая температура стенок обогреваемого канала (условие термопрочности конструкции) и максимально допустимая степень разложения углеводородной смеси, при превышении которой начинается интенсивное образование твердых отложений на омываемых стенках канала.

Исследованы характеристики процесса горения жидких углеводородов в струе перегретого водяного пара. Определено влияние физических параметров пара на распределение температуры в факеле, тепловую мощность и состав продуктов сгорания в разработанном горелочном устройстве.

На основе имеющихся экспериментальных данных проведено аналитическое исследование концентрации насыщенного пара над жидкой пленкой, возникающей при осаждении капель на стенке адиабатического канала, охлаждаемого газокапельной завесой. Анализ осуществлялся при вариации основных параметров смешивающихся струй: параметра вдува, концентрации жидкости и температуры основного потока. Получена аппроксимационная зависимость для концентрации насыщенного пара при наличии жидкой пленки, учтено влияние неизотермичности потоков.

На базе компактной конструкции теплообменника для сверхзвукового аэрокосмического двигателя разработана система быстрого предварительного охлаждения и выполнено моделирование ее работы с целью определения эффективности на значительном удалении от земли. Для этого, во-первых, согласно известному диапазону параметров с помощью генетического алгоритма для нахождения минимума целевого числа диссипации энтранс-функции разработана плоская ребристо-трубчатая система быстрого предварительного охлаждения с оптимальными параметрами. Во-вторых, введен коэффициент вязкости шероховатости в улучшенный метод конечного объема, благодаря чему становится очевиден эффект быстрого повышения теплопередачи. Ребристая конструкция может увеличить эффективность теплообмена блока теплообменника на 46,5 %. Наконец, на базе этого устройства разработана система быстрого предварительного охлаждения. Результаты моделирования по определению эффективности ее работы показали, что средняя температура горячего воздуха, протекающего с высокой скоростью через систему быстрого предварительного охлаждения, уменьшилась на 735 K менее чем за 1,5 мс. Таким образом, достигнута цель быстрого повышения теплообмена. В работе также исследуется влияние различных скоростей горячего воздуха и охлаждающей жидкости на систему быстрого предварительного охлаждения и изучается влияние масштабного эффекта на характеристики теплопередачи.

Проведено экспериментальное исследование структуры конвективных течений в горизонтальном испаряющемся слое жидкости ¾ этаноле ¾ в зависимости от скорости обдувающего межфазную поверхность потока газа ¾ воздуха. Измерение распределения двухмерного поля скоростей и визуализация конвективных течений в слое жидкости осуществлялись с помощью PIV-метода. Доказано существование вихревой структуры течения в испаряющемся слое жидкости, при которой межфазная поверхность движется навстречу потоку газа.

Представлены результаты математического моделирования динамики движения, нагрева и плавления пористых частиц кремнезема в электроплазменной установке в процессе получения полых микросфер. На основе имеющихся аналитических решений и численного решения уравнений движения и энергии частиц проанализированы закономерности эволюции параметров частиц в потоке плазмы при варьировании их диаметра в диапазоне D = (250÷350) мкм и объемной пористости в диапазоне Π = (0÷0,6).

30 декабря 2018 г. исполнилось 80 лет главному научному сотруднику Института теплофизики СО РАН, доктору технических наук, профессору, действительному члену Международной энергетической академии Владимиру Васильевичу Саломатову.

24 декабря 2018 года ушел из жизни известный ученый в области механики жидкости и газа, заслуженный деятель науки РФ, доктор физико-математических наук, профессор Альберт Феликсович Курбацкий.