Открытый доступ
Доступ предоставлен
Только для подписчиков
№ 4 (2025)
Статьи
ГИДРОУПРУГИЕ ВОЛНЫ В ПОРИСТОЙ ЛЕДОВОЙ ПЛАСТИНЕ
Аннотация
В рамках линейной теории гидроупругости рассмотрена двумерная задача о гидроупругих волнах в пористой ледовой пластине. Пористость моделируется через учет скорости проникновения жидкости, пропорциональной градиенту давления, в кинематическом условии на границе “пластина–жидкость”. В изначальной постановке рассматриваются вынужденные колебания, вызванные нестационарным внешним давлением. Решение строится с использованием метода преобразования Фурье. Получена система дифференциальных уравнений, однородное решение которой описывает затухающие по времени гидроупругие волны. Установлено существование критического значения действительнозначного параметра пористости, при котором волны с ненулевой частотой исчезают на конечном интервале волновых чисел. Мнимая часть пористости влияет на несимметричность значений частот относительно действительной оси и степень затухания волн. Сравнены модели с учетом/без учета массы и гидростатического давления. Получены аналитические выражения для случая импульсного запуска и последующего движения нагрузки с заданной скоростью. Интегралы, описывающие реакцию льда, численно вычислены для разных времен.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):3-16
3-16
ДИНАМИКА ЭНСТРОФИИ В ЗАДАЧЕ ОБТЕКАНИЯ ТЕЛ ВНЕШНИМ ПОТОКОМ С УСЛОВИЕМ ПРИЛИПАНИЯ НА ГРАНИЦЕ
Аннотация
Изучается влияние граничного распределения завихренности на динамику энстрофии в задаче обтекания. В статье выведено новое энергетическое тождество, которое включает граничные значения вихревой функции. Доказана диссипативность энстрофии для системы Стокса. Получено новое уравнение динамики энстрофии для системы Навье—Стокса.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):17-29
17-29
СЕЙШЕВЫЕ КОЛЕБАНИЯ ОНЕЖСКОГО ОЗЕРА
Аннотация
Представлены результаты численного моделирования баротропных сейшевых колебаний Онежского озера. Модель основана на линеаризованной системе уравнений мелкой воды на вращающейся сфере без учета диссипативных слагаемых. Пространственная аппроксимация уравнений выполнена на нерегулярной треугольной сетке. Применение вычислительной сетки с высоким пространственным разрешением при решении спектрально-разностной задачи на собственные значения позволило получить хорошее соответствие вычисленных периодов с измеренными. Построены пространственные распределения амплитуды и фазы первых семи мод собственных колебаний модельного Онежского озера с периодами 13 ч 20 мин, 11 ч 30 мин, 6 ч 30 мин, 5 ч 14 мин, 4 ч 38 мин, 4 ч 24 мин и 4 ч 10 мин. Проведенный анализ показал важность учета относительно мелководной губы Святуха. При исключении этой губы из вычислительной области, моды с периодами 13 ч 20 мин и 11 ч 30 мин заменяются одной модой с промежуточным значением периода 12 ч 30 мин.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):30-42
30-42
ОЦЕНКА ПОЛОЖЕНИЯ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕХОДА СВЕРХЗВУКОВОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НА МОДЕЛИ ПЛОСКОЙ ПЛАСТИНЫ С ПРОДОЛЬНЫМИ СЛОТАМИ
Аннотация
Приводятся результаты оценки влияния ориентированных вдоль потока прямоугольных углублений (слотов) на поверхности плоской пластины на положение перехода пограничного слоя по методу eN
при числе Маха набегающего потока M = 2. Рассмотрены слоты различной глубины (с соответствующим числом Рейнольдса 0 ≤ Reh ≤ 3000). Среднее течение получено с использованием пакета вычислительной газодинамики FlowVision. Степени нарастания возмущений рассчитаны по линейной теории устойчивости. Впервые получено, что с помощью слотов можно добиться сдвига положения ламинарно-турбулентного перехода сверхзвукового пограничного слоя вниз по потоку.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):43-49
43-49
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ В СВЕРХЗВУКОВОМ КАНАЛЕ С КАВЕРНОЙ
Аннотация
Численно исследуются термоакустические неустойчивости в сверхзвуковой камере сгорания с каверной. С помощью численного моделирования изучается влияние геометрии каверны (изменяются углы наклона задней стенки 22.5°, 45° и 90°, а также отношение длины к глубине 4 и 7) и давления подачи топлива (от 0.6 МПа до 1.8 МПа) на динамику потока и характеристики горения водородного топлива. Численное моделирование нереагирующего потока выявляет наличие расходных и акустических колебаний внутри каверны, частоты которых соответствуют аналитическим предсказаниям. Введение горения подавляет низкочастотные пульсации, стимулируя при этом высокочастотные колебания (15–20 кГц), причем увеличение угла наклона задней стенки способствует формированию более интенсивных вихревых структур и колебаний с более высокой частотой. Увеличение давления подачи топлива приводит к нелинейному отклику. Более высокие давления подачи вызывают эффект “запирания” потока и сдвиг в сторону более низкочастотных колебаний, связанных с отрывом крупномасштабных вихрей, по сравнению с более низкими давлениями подачи. Результаты моделирования демонстрируют хорошее соответствие экспериментальным данным, что указывает на важность как расходных и акустических колебаний, так и сложного взаимодействия динамики потока, горения и подачи топлива в формировании термоакустического поведения сверхзвуковых камер сгорания с каверной.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):50-65
50-65
ВЫТЕСНЕНИЕ ТЯЖЕЛОЙ ЖИДКОСТИ ИЗ СЛОИСТО-НЕОДНОРОДНОГО ПЛАСТА
Аннотация
В рамках профильной задачи фильтрации исследуются режимы вытеснения жидкости из пласта, состоящего из чередующихся слоев различной проницаемости. В предположении большого числа слоев разработан метод оценки эффективности вытеснения из таких пластов с помощью моделирования течения в эквивалентной однородной пористой среде. Показано, что процесс вытеснения характеризуется пятью критериями подобия, причем их значения для эквивалентного пласта и отдельных пропластков различны. Это приводит к тому, что в эквивалентной среде и в отдельных проницаемых слоях реализуются разные режимы течения. Исследовано влияние капиллярного давления и вязкостей жидкостей на коэффициент охвата пласта вытеснением. Результаты настоящего исследования могут быть полезны в нефтегазовой отрасли при оценке эффективности различных методов разработки месторождений.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):66-81
66-81
ПРЯМОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЗАРОЖДЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ НА ПАРАБОЛИЧЕСКОМ ПРОФИЛЕ
Аннотация
Рассматривается ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое на параболическом профиле прямого крыла с относительной толщиной 10%. Набегающий поток соответствует параметрам стандартной атмосферы на высоте 20 км, число Маха 3. Источником возмущений является непрерывно работающий генератор “вдув–отсос”, индуцирующий довольно узкий начальный частотно-волновой спектр возмущений. Прямое численное моделирование выполнено в рамках решения полных нестационарных уравнений Навье—Стокса для сжимаемого совершенного газа. Выполнен анализ возмущений массового расхода и их частотно-волновых спектров на различном удалении от генератора возмущений. Построено распределение функции когерентности.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):82-94
82-94
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДОЗВУКОВЫХ ЗАКРУЧЕННЫХ СТРУЙ ВЫСОКОЭНТАЛЬПИЙНОГО ВОЗДУХА ПРИ РАБОЧИХ ПАРАМЕТРАХ ВЧ-ПЛАЗМОТРОНА ВГУ-4
Аннотация
Проведено исследование влияния мощности анодного питания ВЧ-генератора (30–70 кВт) и давления (50–200 мбар) на обтекание цилиндрической модели диаметром 50 мм дозвуковой высокоэнтальпийной струей воздуха, вытекающей из разрядного канала в испытательную камеру ВЧ-плазмотрона ВГУ-4 (ИПМех РАН). Выполнено сравнение расчетов осесимметричного обтекания модели, основанных на полных уравнениях Навье–Стокса, с учетом и без учета тангенциальной компоненты скорости(закрутки). Установлено, что мощность ВЧ-генератора является ключевым фактором, определяющим изменения структуры и характеристик потока при учете закрутки. Установлено свойство консервативности нормированных гидродинамических характеристик дозвуковых высокоэнтальпийных струй воздуха – распределений параметров в выходном сечении разрядного канала и вдоль оси струи. Полученная матрица безразмерных параметров на внешней границе пограничного слоя обеспечивает возможность расчетов тепловых потоков в точке торможения на поверхности модели в рамках одномерной задачи автономно без предварительного расчета осесимметричного обтекания модели дозвуковой струей вязкого высокоэнтальпийного воздуха.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):95-104
95-104
ТУРБУЛЕНТНОЕ ТЕЧЕНИЕ В УЗКОМ КАНАЛЕ ПРИ НАЛИЧИИ НА ОДНОЙ ИЗ СТЕНОК ОДНОРЯДНОГО ПАКЕТА НАКЛОННЫХ ТРАНШЕЙНЫХ ЛУНОК
Аннотация
Представлены результаты экспериментального исследования аэродинамики течения в узком канале высотой прямоугольного сечения H = 20 мм и соотношением сторон, равным AR = 7.5 при наличии на его поверхности системы удлиненных траншейных лунок с поперечным сечением в форме цилиндрического сегмента. Лунки шириной D/H = 0.75 с относительной глубиной Δ/D = 0.22 и длиной L/D = 7 калибров располагаются под фиксированным углом к продольной оси канала, равным φ = 45°. Всего в пакете было семь траншей, шаг между ними оставался одним и тем же h/D = 2. Число Рейнольдса, рассчитанное по гидравлическому диаметру, в опытах по измерению компонент скоростей и пульсаций скорости было постоянным и равным Rech = 3.9 · 104. Гидравлические потери измерялись в широком диапазоне чисел Рейнольдса от Rech = 1.9 · 104 до Rech = 1.1 · 105. В экспериментах измерялись компоненты скорости и их пульсации в продольном и поперечном направлениях для канала с траншеями на одной стенке, а гидравлическое сопротивление канала с траншеями на одной и двух противоположных стенках. Установлено, что профили продольной скорости Uz значительно отличаются в зависимости от положения внутри лунки для всех исследованных траншей. На входной части траншеи, в которую втекает поток, формируется зона отрыва пограничного слоя. Протяженность этой зоны вдоль траншеи не превышает одного калибра и далее по размаху траншеи отрицательных величин скорости Uz не наблюдается. По мере продвижения вдоль траншеи, интенсивность вихревого движения газа внутри значительно ослабляется. Аналогичная структура течения наблюдалось авторами ранее (Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29. № 6. С. 935) в одиночной траншейной лунке с теми же геометрическими параметрами.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):105-116
105-116
ИЗМЕРЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА, ГЕНЕРИРУЕМОГО ФРОНТОМ УДАРНОЙ ВОЛНЫ В НАПРАВЛЕНИИ ЕЕ ДВИЖЕНИЯ
Аннотация
Предложен новый метод измерения радиационных характеристик ударно нагретого воздуха, в котором регистрационная аппаратура ударной трубы фиксирует мощность излучения, генерируемую ударным фронтом в направлении его движения. Эксперименты проведены на двухдиафрагменной ударной трубе DDST-M Института механики МГУ в интервале скоростей ударной волны VSW от 8 до 10.6 км/с при давлении перед фронтом ударной волны p0 = 0.25 Торр. Исследован диапазон волн излучения λ = 200–700 нм, где вклад в излучение дают как молекулярные полосы, так и атомарные линии азота и кислорода. Проанализированы измеренные спектрограммы излучения. Проведено сравнение полученных результатов с данными измерений, выполненных традиционным интегральным по времени методом, в котором регистрация радиационного потока осуществляется через окно в боковой поверхности ударной трубы перпендикулярно оси трубы по мере прохождения “пробки” ударно нагретого газа мимо него.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):117-124
117-124
ПРИСПОСОБЛЕНИЕ ВИХРЕВЫХ ДВИЖЕНИЙ МЕЛКОЙ ВОДЫ К СОСТОЯНИЮ ЦИКЛОСТРОФИЧЕСКОГО БАЛАНСА
Аннотация
В рамках теории мелкой воды исследован процесс установления состояний циклострофического баланса – баланса между градиентом давления и центробежной силой. Для исследования процесса установления (или приспособления) рассмотрена задача Коши для возмущений с несбалансированным начальным состоянием в форме осесимметричного вихря. Решение линейной задачи представлено суммой стационарного (сбалансированного) и нестационарного (волнового) компонентов. При этом стационарный компонент находится с использованием закона сохранения потенциальной завихренности. Волновой компонент, находится с использованием преобразования Фурье–Бесселя. Этот компонент описывает гравитационные волны, возбуждаемые в процессе приспособления к циклострофическому балансу. С течением времени волновой компонент рассеивается в пространстве и в решении остается только сбалансированная часть. Процесс циклострофического приспособления, таким образом, является важным источником генерации поверхностных гравитационных волн.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):125-133
125-133
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ЛЬДА НА ОБОГРЕВАЕМЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Аннотация
Предложена усовершенствованная модель обледенения, позволяющая выполнять расчет процесса формирования льда на объектах различной формы в условиях циклического нагрева поверхности элемента летательного аппарата (ЛА). Модель описывает сопряженную задачу нестационарного теплообмена между поверхностью ЛА, снабженного электронагревательным элементом, и ледяным наростом, формирующимся на его поверхности под воздействием атмосферного облака жидких переохлажденных капель. Ледяной нарост рассматривается в виде трехслойной структуры, состоящей из слоя воды на поверхности обшивки ЛА, самого слоя льда и пленки воды на его поверхности. Выполнена валидация модели с использованием экспериментальных данных по температурам электрообогреваемой модели крыла в условиях обледенения. Продемонстрирована возможность описания переходных процессов, протекающих при формировании и взаимной трансформации различных сочетаний фазовых состояний элементов ледяных наростов в процессе циклического обогрева. Результаты расчета толщин пленок воды и температурных полей на границе льда с поверхностью ЛА могут быть использованы для расчёта величин сил, удерживающих лед на поверхности и прогнозирования его удаления без полного расплавления.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(4):134-148
134-148