Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2021 номер 1

Приведено краткое описание измерительных средств, установки свободных колебаний с поперечной державкой, модели и условий испытаний. Изложена методика обработки экспериментальных данных. Получены квазистационарные и демпфирующие аэродинамические характеристики момента тангажа модели в диапазоне чисел Маха M = 1,75-6. Проведено сопоставление результатов исследований с расчетными данными, а также с полученными ранее экспериментальными данными с применением донной державки. Обнаружено, что при М = 3-6 возбуждаются регулярные незатухающие колебания модели.

Предлагается новый простой и наглядный метод оценки эффективности процесса сжатия в высокоскоростных воздухозаборниках, основанный на сравнении степени геометрического сжатия струи воздуха в рассматриваемом воздухозаборнике с максимально возможной степенью геометрического сжатия в изоэнтропическом воздухозаборнике. Показано, что более высокое значение степени геометрического сжатия в воздухозаборнике позволяет получить более высокие тяговые характеристики воздушно-реактивного двигателя при прочих равных условиях.

Численно исследуется влияние ледяных кристаллов в воздушном потоке на эволюцию барьерного льда на поверхности модели крыла для условий эксперимента в аэрохолодильной трубе. Результаты подтверждают, что отмеченное в эксперименте изменение массы отложений льда при введении кристаллов в поток связано с поглощением пленкой воды, образующейся на поверхности твердого тела, части массы кристаллов при низких скоростях потока и с расплескиванием пленки при бóльших скоростях. В первом случае масса барьерного льда увеличивается, во втором - уменьшается.

Из общего аналитического решения невязкой задачи взаимодействия возмущений на клине с наклонной ударной волной получены соотношения для коэффициентов преобразования возмущений в пульсации давления для случая длинноволновых возмущений внешнего потока. Выполнено численное моделирование взаимодействия длинноволновых возмущений с ударной волной на пластине под углом атаки 5°¸20° для вязкого режима течения. Вычислены значения отклонений коэффициентов преобразования, полученных в численном моделировании для вязкого случая, от невязкого аналитического решения в приближении длинных волн, получены корректирующие поправки на вязко-невязкое взаимодействие в аналитическом решении.

Установлено, что акустическое воздействие приводит к неравномерности радиального распространения скоростного потока в пристенной области импактной струи. Показано, что уровень среднеквадратичных пульсаций скорости в пристенной струе ниже, чем в струе выше по течению. Отмечен рост протяженности ламинарного участка в случае реализации микроструи. Обнаружено, что развитие синусоидальной неустойчивости приводит к повышению полноты сгорания пропан/бутановой смеси в импактной микроструе и уменьшению выброса сажи. Установлено, что в отсутствие акустического воздействия в спектре излучения пламени, включая пристеночную область ограничивающей стенки, преобладает желтый цвет, что свидетельствует о недостатке окислителя (воздуха) и наличии сажи в продуктах горения. Показано, что вторым фактором, влияющим на полноту сгорания при диффузионном горении в импактной струе, является диаметр сопла и расстояние от сопла до ограничивающей стенки.

Исследуется турбулентная круглая струя с переменной плотностью, обусловленной смешением воздуха с газами различной плотности: воздухом, гелием и углекислым газом. Число Рейнольдса фиксировано для всех случаев: Re = 5300. При помощи собственного ортогонального разложения и данных прямого численного моделирования проведен сравнительный анализ трех рассматриваемых газов и показано, что при уменьшении плотности окружающего газа уменьшается частота образования когерентных структур, а также уменьшается и количество POD-мод, необходимых для построения низкоразмерной модели течения.

В работе исследуется передача углового момента через границу раздела двух несмешиваемых жидкостей в замкнутом вихревом потоке, генерируемом в неподвижном цилиндрическом контейнере вращающимся диском, который является верхним торцом цилиндра. При вращении диска на верхнюю, менее плотную жидкость начинает действовать центробежная сила, которая приводит к возникновению центробежной циркуляции верхней жидкости. Так как закрученный поток верхней жидкости вдоль боковой стенки движется от вращающегося диска к границе раздела, он переносит угловой момент к границе раздела, тем самым закручивая нижнюю жидкость в результате воздействия вязкого трения. Возникает вынужденная циркуляция нижней жидкости. С помощью визуализации течения и измерения окружной компоненты скорости выявлены закономерности формирования вихревого течения более плотной жидкости, расположенной под границей раздела и не имеющей прямого контакта с твердым диском, генерирующем вихревое движение. Установлено, что развитие центробежной циркуляции нижней жидкости аналогично тому, как это происходит в моножидкости. Полученные результаты представляют интерес для дальнейшего развития вихревых аппаратов и реакторов, обеспечивающих сложное вихревое движение ингредиентов для интенсификации массопереноса, оптимизации работы действующих установок и для проектирования новых устройств.

Изучается влияние температуры торможения ускоряющего частицы газа и скорости перемещения сопла на коэффициент напыления при нанесении одиночных дорожек медного покрытия методом холодного газодинамического напыления. Проведенные эксперименты наглядно показывают, что скорость перемещения сопла существенно влияет на результаты измерений коэффициента напыления: чем она выше, тем меньше оказывается измеренное значение при прочих равных условиях. Такое поведение может быть объяснено тем, что первые удары частиц не приводят к их закреплению на поверхности и, соответственно, к росту покрытия. При этом известно, что прежде, чем покрытие начнет расти, необходимо, чтобы поверхность подложки подверглась достаточному количеству ударов частиц. Эта подготовительная стадия получила название активационной стадии или стадией задержки (индукции) напыления. В работе впервые показано, что удельная (на единицу площади) масса израсходованного порошка на этой активационной стадии зависит от температуры торможения ускоряющего частицы газа: чем выше температура, тем меньше удельная масса.

Исследуются процессы изменения свойств при теплообмене слоистого стеклометаллического композиционного материала (стеклометаллокомпозита), полученного методом индукционного нагрева и последующего отжига. Рассматриваемый объект из стеклометаллокомпозита имеет цилиндрическую форму (с наружным металлическим и внутренним стеклянным сплошными цилиндрами). Он используется в том числе и как модельный образец при экспериментальных исследованиях сильно сжатых хрупких горных пород. Сложность при моделировании теплообмена в данном образце обусловлена процессом стеклования, индукционным нагревом и учетом излучения на внешней поверхности металла. Структурные и механические релаксационные процессы в стекле рассчитываются по методу Тула-Нарайанасвами-Мойнихана-Мазурина, который основан на представлении о структурной температуре как дополнительном параметре, характеризующем состояние стекла, и принципе суперпозиции Больцмано-Вольтерры. В работе предлагается математическая модель и метод расчета температурных полей и тепло-физических свойств в композите в процессе его получения. Получены результаты численного решения для различных режимов и свойств стеклометаллокомпозита. Предложенная модель и метод могут быть полезными при расчетах параметров режима отжига при нанесении стеклянных покрытий и для вычисления эволюции свойств любых слоистых композиционных материалов, содержащих стеклующиеся слои.

Численно в сопряженной постановке задачи исследовано развитие конвективного течения после внезапного нагрева вертикальной стенки, ограничивающей сбоку слой этилового спирта, в системе, состоящей из вертикальных слоев спирта и воздуха, разделенных тонкой металлической перегородкой. Методом конечных элементов решены уравнения термогравитационной конвекции в приближении Буссинеска, записанные в переменных температуры, вихря и функции тока. Изучено развитие нестационарных гидродинамических и тепловых пограничных слоев на всех четырех вертикальных стенках. Рассчитаны поля температуры в жидкости, в газе и в вертикальной перегородке. Особенности развития пространственной формы течения и нестационарного сопряженного конвективного теплообмена между слоями жидкости и газа существенно влияют на нестационарные поля температуры и градиенты температуры в тонкой металлической перегородке. Максимальные градиенты температуры в перегородке возникают на начальной стадии развития течения.

На основании известных расчетных и опытных данных по распределению температуры и состава газов вблизи фронта пламени в струях показано, что характер изменения полной энтальпии при горении перемешанных и не перемешанных реагентов одинаковым образом зависит от молекулярных свойств газов. Системы с числами Льюиса меньше единицы в профиле энтальпии имеют максимум, если же число Льюиса больше единицы, появляется минимум вблизи фронта пламени. Получены данные о тепловых потоках, связанных с теплопроводностью и диффузией. Установлено, что при горении неперемешанных реагентов поток тепла, переносимый диффузией, на порядок меньше потока, переносимого теплопроводностью. Для перемешанной смеси потоки тепла, переносимого диффузией и теплопроводностью, превышают потоки тепла в пламени неперемешанных реагентов. Введение

Экспериментально исследуются переходные процессы на начальном этапе тепломассопереноса при абсорбции паров воды на поверхности 57,8-процентного водного раствора бромида лития в кювете диаметром 70 мм. Эксперименты проводились как с чистым раствором, так и с раствором, к которому добавлялось поверхностно-активное вещество (ПАВ) n -октанол. Показано, что при резком увеличении давления паров воды в объеме над поверхностью абсорбирующего раствора происходит возникновение локальных температурных неоднородностей на поверхности раствора. Скорость роста величины этих неоднородностей пропорциональна скорости роста давления паров воды. Обнаружено, что в отличии от раствора без ПАВ, где конвективное течение наблюдается только в течении короткого отрезка времени после подачи водяного пара в абсорбер, в неподвижном слое водного раствора LiBr с добавлением ПАВ при абсорбции имеет место устойчивая термокапиллярная конвекция в приповерхностном слое раствора. Показано, что при переменном рельефе дна могут формироваться локализованные в пространстве зоны, где температура на поверхности раствора определяется формой рельефа дна.

В работе описываются эксперименты по получению наноразмерного порошка методом испарения релятивистским пучком электронов мишени из оксида иттрия Y₂O₃. Анализируется фазовый и примесный состав, удельная поверхность и геометрия частиц произведенного нанопорошка. Качественно проверена модельная зависимость производительности от мощности электронного пучка. Изучено влияние продолжительности работы на улавливающую способность фильтра. Описано явление, заключающееся в образовании трубчатого нароста, поднимающегося навстречу движения электронов в месте падения пучка на мишень.

Методом просвечивания образцов узким пучком гамма-излучения исследована растворимость тяжелых щелочных металлов в жидком литии при температурах от точки плавления Li до ~1200 К. Установлено, что даже при высоких температурах растворимость K, Rb и Cs в жидком литии очень незначительна. Содержание калия в фазе, богатой литием, составляет 0,2 ат. % при 850 K и 3,4 ат. % при 1212 K. Растворимость рубидия в жидком литии в пределах погрешности измерений равна нулю при температурах от 453 K (точка плавления Li) до 800 К и достигает всего лишь 0,5 ат. % при 1172 K. Цезий практически нерастворим в жидком литии вплоть до температуры 1150 K.