Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2021 номер 4

На модели прямого крыла экспериментально исследовано воздействие распределенного отсоса на структуру потока и развитие возмущений в пограничном слое за локализованным трехмерным элементом шероховатости поверхности при числе Рейнольдса Re_c = 240000. Показано, что отсос снижает интенсивность естественных пульсаций скорости в 5 раз, а возмущений, усиленных внешним звуковым воздействием, в 90 раз. Воздействие распределенного отсоса на среднее течение заключается в устранении отрыва потока у задней кромки крыла. Ниже области отсоса пограничный слой становится ламинарным и однородным (двумерным) по размаху крыла.

Представлены результаты численного моделирования сложных ударно-волновых структур, возникающих при взаимодействии сильно недорасширенной струи с наклонной преградой. Исследования проведены при углах отклонения пластины 45º, 60º и 90º, что соответствует различным типам интерференции скачков уплотнения. Для расчёта газодинамических характеристик течения использовался программный комплекс OpenFOAM и решатель QGDFoam, который базируется на решении системы регуляризованных (квазигазодинамических) уравнений. Выполнено сравнение структур течения и распределения давления на преграде с результатами, полученными с применением схемы Курганова-Тадмора, и экспериментальными данными. Выявлены особенности применения данного подхода для расчета сложных ударно-волновых структур потока с наличием тройных точек, контактных разрывов и низкоэнтропийных струек.

Представлены результаты численного моделирования сверхзвукового течения в канале прямоугольного поперечного сечения, имеющем продольно-ребристую нижнюю поверхность. Канал содержит сужающийся входной участок, где обечайкой генерируется скачок уплотнения, падающий на нижнюю поверхность, и последующий участок постоянного поперечного сечения. Численное моделирование выполнено для вязкого трехмерного течения на основе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса и модели турбулентности k-w SST. Расчеты проведены при числе Маха набегающего потока М = 4.

В работе представлены результаты серии экспериментальных исследований турбулентных потоков, проведенных при помощи кондуктометрической измерительной системы. В результате обработки экспериментальных данных получены оценки осредненных значений концентраций примеси в измерительных ячейках кондуктометрического датчика, дисперсии реализаций, а также автокорреляционные функции и гистограммы распределения плотности вероятности реализаций измерительного сигнала. Сравнение полученных экспериментальных данных с результатами аналогичного по своей постановке бенчмарка GEMIX, направленного на исследование процессов изотермического и неизотермического смешений, в котором регистрация исследуемых характеристик осуществлялась при помощи PIV-метода, дает хорошее соответствие характерных длин волн упорядоченных структур, возникающих на границе раздела потоков. Также наблюдается соответствие профилей кинетической энергии турбулентности для центральных областей экспериментальной модели, в то время как для периферийных зон результаты демонстрируют значительное расхождение с данными GEMIX, что объясняется различием физических принципов используемых методов измерений, а также повышенным пространственным разрешением PIV по сравнению с кондуктометрическим методом.

Рассматривается вопрос применимости неструктурированных расчетных сеток в задачах численного моделирования аэродинамики городских застроек. На тестовой задаче обтекания внешним потоком призмы квадратного сечения, для которой имеются экспериментальные данные в литературе, выполнен анализ производительности вычислений и ошибок дискретизации на неструктурированных сетках с полиэдральной и тетраэдральной формами сеточного элемента. Выполнено сравнение результатов численного моделирования, полученных на различных типах сетки, с данными эксперимента по профилям скорости и турбулентной кинетической энергии в характерных вертикальных и горизонтальных сечениях в окрестности призмы, а также по характерным размерам отрывных зон на крышке призмы и за ней. Показано, что при использовании полиэдральной расчетной сетки время вычислений существенно меньше по сравнению с расчетами на сетках, построенных на основе тетраэдров, при этом результаты расчета качественно и количественно воспроизводят данные эксперимента. Также в работе проведено нестационарное моделирование на полиэдральной расчетной сетке с применением вихреразрешающей модели турбулентности. Расчеты с применением вихреразрешающего подхода позволили уточнить параметры рециркуляционной зоны за призмой. Вычисления проведены в решателе Fluent 2020R1.

Для оценки влияния дистанционирующей решетки на возмущение течения жидкости проведены измерения напряжения трения на поверхности вертикального стержня - имитатора твэла - в 7-ми стержневых моделях тепловыделяющих сборок, различающихся размерами дистанционирующих решеток, диаметром стержней - имитаторов твэла, относительным расстоянием между ними. Приведены данные по осевому и аксиальному распределениям напряжения трения. Показано возрастание осредненного и пульсационного напряжений трения на стенке непосредственно за решеткой вследствие возмущения потока жидкости и угасание этого эффекта вдали от решетки. Результаты работы могут быть использованы для верификации расчетных кодов, используемых при гидродинамических расчетах реакторных установок.

Представлены результаты исследования эволюции температуры подложки при перемещении сопла в условиях холодного газодинамического напыления. Предложена модель для расчета температуры подложки и проведена ее верификация. Получены расчетные данные в типичном диапазоне изменения скорости перемещения сопла, толщины подложки и ее начальной температуры, которые встречаются на практике напыления. Показано, что имеется оптимальная начальная температура подложки, при которой изменение температуры в пятне напыления минимально.

Методом наносекундной лазерной абляции в вакууме и фоновом газе синтезированы тонкие пленки оксида кремния различной стехиометрии. С помощью трех различных методик определена локальная степень окисления образцов. Установлено, что по мере увеличения расстояния до оси лазерного факела имеет место монотонное повышение содержания кислорода в пленках, обусловленное неоднородностью его окисления. Обнаружено значительное повышение аблируемой массы при понижении давления фоновой смеси с 60 до 20 Пa, что связано с увеличением обратного потока вещества на мишень. Проведено сравнение эффективности окисления пленок в случае нагрева на этапах синтеза и отжига уже сформированной пленки. Продемонстрировано, что составом пленок можно управлять, изменяя давление инертного газа при постоянном давлении химически активной компоненты в фоновой смеси

Методом прямого статистического моделирования проведено исследование теплообмена между поверхностью нагретой проволочки и окружающим газом в рамках двухступенчатого механизма гетерогенной диссоциации водорода. Этот механизм включает четыре гетерогенные реакции и учитывает заселенность активационных центров поверхности. На основе проведенного анализа теплового баланса предложена константа скорости диссоциации, которая обеспечивает значения мощности, затраченной на нагрев газа и гетерогенные реакции, совпадающие с экспериментальными значениями. Проведен анализ влияния константы скорости диссоциации как на уровень заселенности активационных центров поверхности, так и на вероятности диссоциации, рекомбинации и адсорбции при столкновении частиц с поверхностью.

Известно, что при рассмотрении криогенных жидкостей, хладоагентов или перегретой воды надо принимать во внимание термодинамический эффект кавитации. Этот эффект может задерживать и подавлять дальнейшее развитие кавитации, улучшая таким образом эффективность работы гидравлических насосов. Влияние термодинамического эффекта на нестабильность кавитации недостаточно изучено. С целью исследования этого влияния проводится серия экспериментов в специально разработанном канале Вентури продувного типа с использованием воды различной температуры в качестве рабочей жидкости. Впервые нестабильности кавитации анализируются в привязке к уровню термодинамического эффекта ∑^*. С помощью метода постобработки изображений кавитирующего течения дана оценка средней длины кавитации L ^*_cav и выявлены три типа кавитационной нестабильности. При увеличении параметра ∑^* наблюдается уменьшение длины кавитации L ^*_cav Для всех вариантов ∑^* кавитационный взрыв (нестабильность системы), отрыв кавитационного облака и колебания длины присоединенной кавитационной полости происходят при низком, среднем и высоком значениях параметра восстановления давления κ. Кавитационный взрыв и переход от отрыва кавитационных облаков к колебаниям длины кавитационной полости приводят к смещению в сторону более низких значений параметра при увеличении величины ∑^*.

Проведено комплексное экспериментальное исследование теплофизических свойств циркониевого сплава Э-110 (Zr-1 ат. % Nb), применяющегося в качестве конструкционного материала для ТВЭЛов современных реакторов. Получены новые экспериментальные данные по температуропроводности a и изобарной теплоемкости c_p в интервале температур 293-1275 K. По результатам измерений рассчитана теплопроводность l для a -фазы сплава. Оцениваемая погрешность полученных данных составила 2-4 %, 3-5 % и 2-3 % для a , l и c_p соответственно. Проведено сопоставление с известными литературными данными. Разработана таблица рекомендуемых температурных зависимостей всех изученных свойств

Распределенный ввод топлива является оптимальным выбором для работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя на водороде: это помогает избежать эффектов теплового запирания и перегрева. С точки зрения термодинамического подхода распределенный (многоступенчатый) ввод топлива является практическим применением цикла с промежуточным перегревом пара. Для анализа характеристик двигателя авторами разработана модель ГПВРД на водородном топливе с распределенным вводом топлива. К ключевым параметрам, влияющим на эффективность двигателя с распределенным вводом топлива, относятся: коэффициент расширения сечения камеры сгорания, число промежуточных нагревов и распределение по расширению сечений камеры. Выполнен анализ этих параметров, результаты которого могут быть интересны для разработчиков двигателя. Для увеличения удельной тяги двигателя представляются полезными следующие подходы: увеличение общего коэффициента расширения сечения камеры сгорания, увеличение числа нагревов и/или выбор подходящей геометрии для расширения камер. Для увеличения эффективности двигателя самым перспективным подходом является увеличение сечения камеры сгорания.

Рассматриваются особенности истечения в вакуум газовых потоков. Показана возможность уменьшения обратных потоков путем локального повышения окружающего давления в области выходной кромки сопла.

В статье представлены результаты детальных экспериментальных исследований характеристик течения за рабочим колесом модельной пикогидротурбины пропеллерного типа с диаметром рабочего колеса 0,1 м. С использованием автоматизированной системы лазерно-доплеровский анемометр проведены измерения распределений двух компонент осредненных скоростей и пульсаций для условий от частичной нагрузки до сильной перегрузки. Показано, что при смещении режима работы гидротурбины от оптимального поток на выходе из рабочего колеса становится закрученным. На основе полученных данных выявлен характер эволюции интегрального параметра крутки, который определяет состояние закрученного потока. Обнаружен тренд резкого увеличения параметра крутки при уменьшении расхода воздуха, вследствие чего степень закрутки быстро достигает критического уровня, при котором происходит распад вихря с развитием центрального провала на профиле осевой скорости и оттеснением потока к стенкам канала. При увеличении расхода имеет место замедленный рост параметра крутки, который остается меньше порогового значения даже для большой перегрузки. Вследствие этого максимумы тангенциальной скорости располагаются вблизи оси потока, а профиль аксиальной скорости остается равномерным по сечению потока. Информация об особенностях течения может быть использована при настройке режима гидроагрегата на оптимальные условия и разработке рекомендаций для расширения диапазона регулирования работы гидротурбины с сохранением высокой эффективности.

Представлены результаты дилатометрического исследования термического коэффициента линейного расширения сверхпроводящих лент «Amperium» и «СуперОкс» в интервале температур 100 - 370 K. Получены температурные зависимости и рассчитаны справочные таблицы рекомендуемых значений термических свойств. Исследовано влияние деформации пленок на результаты измерений. Разработана конструкция держателя образцов, устраняющая изгиб лент. Проведено сравнение термического коэффициента линейного расширения лент с тепловым расширением металлических слоев пленок. Показано, что разница относительного расширения в интервале температур от 100 до 293 K не превышает 0,05 %.

7 августа 2021 года исполнилось 75 лет известному ученому, специалисту в области динамики вязкого газа, доктору физико-математических наук профессору Анатолию Александровичу Маслову.