Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2020 номер 3

В работе представлены результаты экспериментального исследования обтекания наветренной стороны модели стреловидного крыла с установленными на поверхности генераторами возмущений. Генераторы представляют собой трехмерные элементы шероховатости, высота которых была сопоставима с толщиной пограничного слоя. С помощью жидкокристаллической термографии исследовано влияние элементов шероховатости различной высоты на пограничный слой. Найдено место максимальной восприимчивости течения к возмущениям за элементом шероховатости на поверхности крыла.

Изложена методика обработки экспериментальных данных, полученных на установке свободных колебаний модели по углу тангажа, и определения нестационарных аэродинамических характеристик коэффи-циента момента тангажа. Обнаружено, что коэффициент момента тангажа модели возвращаемого аппарата при числах Маха М = 2 и М = 2,25 и постоянных углах атаки нелинейно зависит от скорости изменения угла атаки, что делает непригодной концепцию аэродинамических производных для математического описания коэффициента момента тангажа.

Численно изучается инициирование работы прямоточного воздушно-реактивного двигателя с распределенной подачей топлива по длине камеры сгорания. Принципиальным является наличие струи сжатого воздуха, создающей эффект дросселя, и предварительное торможение потока до околозвуковых скоростей. Решаются осредненные уравнения Навье-Стокса, замыкаемые SST k - ω -моделью турбулентности. В качестве газообразного топлива используется водород. Рассматривается боковая подача топлива. Получен пульсирующий околозвуковой режим. Показано, что с ростом температуры торможения потока примерно до 1700 K происходит рост характерного масштаба вихревых зон, и, как следствие, значительно возрастает уровень перемешивания водорода с воздухом.

В работе исследуются теплообмен, локальные распределения числа Нуссельта, структура течения и характеристики трения закрученных квадратных воздуховодов. Проведен численный анализ влияния величины коэффициента закрутки ( TR = p / D = 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5 и 6) на теплогидравлические характеристики закрученных квадратных воздуховодов при постоянном тепловом потоке у стенки для чисел Рейнольдса, определяемых гидравлическим диаметром закрученного квадратного воздуховода, в диапазоне от 3000 до 20000. Для сравнения выполнен анализ тех же характеристик для прямого квадратного воздуховода. Численные результаты показали, что закрученные квадратные каналы являются более эффективными с точки зрения теплопередачи, чем прямые квадратные каналы, поскольку вихревой поток способствует увеличению перемешивания жидкости и уменьшению толщины теплового пограничного слоя. Уменьшение коэффициента закрутки приводит к увеличению числа Нуссельта и коэффициента трения за счет более высокой частоты вихревого течения. По сравнению с прямыми квадратными воздуховодами в закрученных квадратных воздуховодах теплообмен для TR = 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5 и 6 улучшился на 52, 49,82, 45,85, 42,22, 39,54, 35,41, и 31,77 % соответственно. Среди исследованных закрученных воздуховодов те, у которых коэффициент закрутки TR = 3,5, имеют максимальный коэффициент теплогидравлической эффективности - 1,42 при Re = 3000. Результаты также показали, что закрученные квадратные воздуховоды превосходят по теплогидравлическим характеристикам прямые квадратные воздуховоды.

Представлены результаты численных и экспериментальных исследований обтекания симметричного крылового профиля с относительной толщиной 12 % в свободном потоке и в аэродинамической трубе малых скоростей с закрытой рабочей частью. Эксперименты проведены в диапазоне чисел Рейнольдса Re_c = 0,7·10⁶-2·10⁷ и углов атаки a = -12°¸ 12°. Численное решение задачи выполнено в двумерной постановке с использованием программного пакета ANSYS Fluent. Математическая модель течения содержит стационарные уравнения Рейнольдса, замкнутые различными моделями турбулентности, в том числе k-ω SST, представляющей собой суперпозицию k - e и k-ω -моделей. Показано существенное влияние загромождения моделью рабочей части аэродинамической трубы ограниченных размеров на характер обтекания и аэродинамические характеристики крылового профиля, даже когда коэффициент загромождения составляет всего 5,7 %.

Рассматривается ламинарное магнитогидродинамическое конвективное течение вязкой жидкости в наклонной полости. Задается разность температур на двух противоположных стенках, в то время как две другие стенки являются адиабатическими. Для решения определяющих нелинейных дифференциальных уравнений применяется разработанный авторами код, основанный на методе конечных объемов. Используемая жидкость - жидкий натрий, тепловые и электрические свойства которого, в частности, теплоемкость, теплопроводность и электропроводность, зависят от температуры. В работе представлены и описаны репрезентативные результаты, иллюстрирующие влияние угла наклона полости на линии тока и изолинии температуры. Также приводятся и обсуждаются результаты для профиля скорости в среднем сечении и среднего числа Нуссельта на горячей стенке полости для различных углов наклона и чисел Гартмана. Отмечается, что при числе Гартмана, равном 600, увеличение угла наклона приводит к росту числа вихрей в полости.

Построена модель турбулентных течений жидкости с частицами для произвольных концентраций. Модель включает уравнения для двухфазного течения в целом с реологическими соотношениями и уравнение для переноса концентрации частиц с учетом межфазного скольжения. Статистическая модель турбулентности учитывает модуляцию турбулентности частицами. Выполнено тестирование модели на задачах об установившемся течении с тяжелыми частицами в горизонтальной трубе. На основе сравнения с экспериментальными данными и детальными численными расчетами показано, что модель хорошо предсказывает характерные особенности турбулентных дисперсных потоков. Вторичные течения в канале отражают трехслойную структуру двухфазного течения.

Выполнен численный анализ структуры течения и тепловой эффективности пристенной газокапельной завесы, вдуваемой через наклонные отверстия в поперечную к потоку траншею. Расчет выполнен с использованием трехмерных RANS-уравнений в следующих диапазонах параметров двухфазного потока: начальный размер капель d ₁ = 0¸20 мкм и их массовая концентрация M _L1 = 0¸0,05. Турбулентность газа моделируется с применением модели переноса компонент рейнольдсовых напряжений с учетом двухфазности течения. В работе выполнено сравнение полученных результатов расчетов с использованием эйлерова и лагранжева описаний. Показана применимость обоих подходов для описания динамики и теплообмена двухфазной пристенной струи.

Для моделировании ячеистого пламени использовалась богатая (эквивалентное соотношение Ф = 1,4) и бедная (Ф = 0,9) смеси пропан-бутана с воздухом в горелке, образующей стационарное пламя с единственной ячейкой. Опытные данные о полях температуры получены с применением метода когерентного антистоксова рассеяния света (КАРС), компоненты скорости измерялись аппаратурой PIV (Particle Image Velocimetery). С помощью метода балансов рассчитаны слагаемые в уравнениях переноса импульса: напряжения трения, статическое давление. Показано, что на поверхности ячеистого пламени выполняется равенство динамического и статического давлений, связанных с тепловым расширением продуктов сгорания. Срыв пламени происходит в случае, когда величина скоростного напора становится больше величины изменения статического давления. Профили сдвиговых напряжений содержат экстремумы, координаты которых связаны с искривлениями линий тока и близки к положению области тепловыделения при горении бедной и богатой смесей.

При лазерной наплавке взаимодействие лазерного излучения с потоком порошка и подложкой играет ключевую роль. Нагрев поверхности зависит от распределения излучения на поверхности материала, которое определяется взаимодействием излучения с потоком микрочастиц порошка. Обычно в моделях для расчета ослабления лазерного пучка взаимодействие излучения с микрочастицами ограничивается простым геометрическим рассмотрением на основе соотношения площади сечения частиц к общей площади рассматриваемого сечения, без учета влияния дифракции. Распространение излучения также рассматривается в геометрическом приближении. Представленная модель позволяет учитывать явление дифракции на микрочастицах порошка. Проведено сравнение результатов, полученных при помощи модели с распространением излучения в геометрическим приближении, и предложенной авторами модели с распространением излучения в дифракционном приближении. Показано, что численная модель ослабления и распространения излучения в дифракционном приближении применима для комплексного анализа взаимодействия между лазерным пучком, потоком частиц и поверхностью. Модель позволяет оценить ослабление, испытываемое пучком из-за взаимодействия с потоком микрочастиц, и получить распределение интенсивности на поверхности подложки.

Представлен графо-аналитический способ (серая модель) оценки истинной температуры непрозрачного материала как сверху, так и снизу при неизвестном характере зависимости излучательной способности от длины волны. Показано, что если в выбранном спектральном интервале график спектрального распределения обратных яркостных температур можно приближенно представить линией, выпуклой вниз, то полученное значение температуры спектрального отношения ограничивает истинную температуру сверху. Если в спектральном интервале график указанной зависимости можно представить линией, выпуклой вверх, то полученное значение температуры спектрального отношения ограничивает истинную температуру снизу. Решение данной обратной задачи необходимо сочетать с решением прямой задачи. В результате появляется дополнительная информация о спектральном распределении излучательной способности материала в выбранном спектральном интервале. Кроме того, это является проверкой сделанных допущений. В работе также приводится пример обработки экспериментальных данных, известных из литературных источников.

Работа посвящена изучению температурных зависимостей теплопроводности (Т = 300-770 K) поликрис-таллических образцов твердых растворов на основе сульфидов гадолиния и диспрозия составов γ-Gd_xDy_1-xS_1,49 (x = 0,1, 0,2, 0,3, 0,4). Установлено, что морфологические особенности образцов, а именно, удельная площадь поверхности кристаллитов, вызывающая изменение числа деформационных центров, определяет величину теплопроводности твердых растворов γ-Gd_xDy_1-xS_1,49, причем установлено наличие аномального снижения теплопроводности для состава х = 0,2. При увеличении температуры до 770 K эта аномалия незначительно уменьшается. Для рассматриваемого состава достигнуто минимальное значение коэффициента теплопроводности 0,68 ± 0,03 Вт/м·K при 770 K.

Предложена математическая модель затвердевания бинарного сплава железа (Fe-C), модифицированного тугоплавкими наноразмерными частицами. Описываются процессы гетерогенного зародышеобразования на поверхности наноразмерных частиц и кристаллизации сплава в цилиндрической форме. Для температуры ликвидуса принята линейная аппроксимация от концентрации растворенного углерода, закон изменения которой подчиняется правилу неравновесного рычага. Объем твердой фазы, образовавшейся вокруг зародыша, в процессе кристаллизации определяет характерный размер зеренной структуры в затвердевшем сплаве. Проведено численное моделирование затвердевания расплава в цилиндрическом тигле и рассмотрены особенности кинетики гетерогенного зарождения и роста твердой фазы. Определено, что условия зародышеобразования и кристаллизации существенно различаются внутри отливки. Показано, что по мере охлаждения расплава устанавливается объемно-последовательная кристаллизация.

Представлены результаты экспериментальных исследований плавления имитатора оболочки модельного тепловыделяющего элемента, изготовленной из Pb (44,5 %)-Bi (55,5 %), и движения расплава по поверхности обогреваемого стержня. Эксперименты проведены с близкими по значению параметрами: тепловыделением, начальной температурой, линейным размером и толщиной модельной оболочки. Для каждого из экспериментов были выполнены видеосъемка процесса формирования и движения расплава, измерены температура оболочки и скорость потери массы. Представлен анализ формирования и стекания расплава по поверхности стержня.

Методом лазерной вспышки измерена теплопроводность жидкого сплава Rb-Bi с содержанием висмута 27 ат. % в интервале температур от точки ликвидуса до 1173 K. Получены аппроксимационные уравнения для теплопроводности и температуропроводности, а также разработана таблица справочных данных. Анализ результатов измерений подтверждает существующие представления о наличии в расплавах Rb-Bi интерметаллических комплексов с частично ионным характером межатомного взаимодействия.

30 мая 2020 года исполнилось 70 лет выдающемуся российскому ученому в области теплофизики, энергетики и энергосбережения академику РАН, научному руководителю Института теплофизики СО РАН Сергею Владимировичу Алексеенко.

24 апреля 2020 г. исполнилось 75 лет известному ученому в области механики жидкости и газа, доктору физико-математических наук, профессору Виктору Владимировичу Козлову.