№ 3 (2025)
Статьи
ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ТЕЧЕНИЯ РАЗРЕЖЕННОГО ГАЗА ЧЕРЕЗ ПЕРИОДИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ КАНАЛОВ
Аннотация
В работе представлен анализ течения разреженного газа через плоскую периодическую систему прямоугольных каналов (мембрану) в широком диапазоне чисел Кнудсена. Задача исследована на основе численного решения кинетического уравнения с -модельным интегралом столкновений Е.М. Шахова и уравнений Навье–Стокса сжимаемой среды. Основное внимание уделено расчету массового расхода в зависимости от проницаемости, относительной длины канала и параметра разрежения.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):3–14
3–14
АВТОКОЛЕБАНИЯ В ОСЕСИММЕТРИЧНОМ ГЕНЕРАТОРЕ ИМПУЛЬСНЫХ СТРУЙ, ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ РЕЖИМ, СВЯЗАННЫЙ С НЕУСТОЙЧИВОСТЬЮ ГРАНИЦЫ КАВЕРНЫ
Аннотация
Исследования струйных течений жидкости в присутствии вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации, проведенные в Институте механики МГУ, показали, что при определенных условиях в гидравлической системе возникают кавитационные автоколебания с высокой интенсивностью пульсаций давления. В работе представлены результаты исследования осесимметричной модели генератора импульсных струй с истечением жидкой струи через центральное отверстие в диафрагме и с периферийным поддувом газа за диафрагму. Истечение двухфазной среды наружу осуществлялось через сужающееся коническое сопло. Проведены исследования влияния параметров генератора, а также расстояния до стенки-экрана на эффективность его работы. Обнаружена узкая область сравнительно небольших поддувов, в которой регистрируются колебания давления с высокой частотой, а амплитуда ударных импульсов давления на экране заметно превосходит амплитуду импульсов в низкочастотных режимах генерации. Такой режим может быть следствием развития двухфазных структур на неустойчивой границе струи при ее взаимодействии со стенками сужающегося сопла. Доказательством возможности существования такого режима течения стало решение плоской задачи о взаимодействии конечной струи с наклонной пластиной при различных давлениях на поверхностях струй. Задача решена точно методами ТФКП с помощью квазидвоякопериодических тэта-функций.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):15–29
15–29
ОБ АВТОМОДЕЛЬНОСТИ ЛАМИНАРНЫХ СТРУЙ
Аннотация
Рассмотрены задачи о ламинарных струях, допускающие автомодельные решения. Предложен способ определения параметра автомодельности, исходя из условия существования решения уравнений в автомодельных переменных при заданных граничных условиях только при одном параметре автомодельности. Параметры автомодельности в задачах о плоских свободной и пристенной струях определены аналитически. Определение параметра автомодельности в задаче о трехмерной пристенной струе осуществляется с помощью нейронной сети.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):30–36
30–36
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ФАКТОРА НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЗМУЩЕНИЙ ПРИ ОБТЕКАНИИ ЗАТУПЛЕННОЙ ПЛАСТИНЫ НА РЕЖИМЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Аннотация
Рассмотрено сверхзвуковое течение вязкого газа около верхней поверхности затупленной пластины конечной длины на режиме взаимодействия. Исследовано влияние температурного фактора на возмущение давления, которое инициировалось установкой клина в конце пластины, на аэротермодинамические характеристики течения и распространение возмущений вверх по потоку. Численные расчеты выполнены в рамках решения стационарных двумерных уравнений Навье—Стокса.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):37–46
37–46
ПРОТЯЖЕННЫЕ СИЛЬНОТОЧНЫЕ ДУГОВЫЕ РАЗРЯДЫ ВО ВНЕШНЕМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ В ГАЗОВЫХ СРЕДАХ
Аннотация
Экспериментально и теоретически исследованы протяженные (до нескольких десятков сантиметров) сильноточные (сотни ампер) электрические дуги в разных газах атмосферного давления. Изучение таких разрядов проведено на электроразрядном стенде установки П-2000 НИИ механики МГУ. В работе уточнены данные о влиянии внешнего магнитного поля на устойчивость таких разрядов и образование разветвленных токовых каналов. Одно из направлений проведенных исследований — изучение влияния ориентации наложенного на дугу магнитного поля на процессы развития разряда в разных газовых средах, таких как воздух, CO2, Ar, N2. Наиболее полно представлены данные для аргона и азота. Эксперименты проведены в камере с прозрачными стенками. Расчетно-теоретическое исследование проведено на основе электротехнической модели с использованием эмпирических данных по вольт-амперным характеристикам дуг между графитовыми электродами. Выявлено, что на устойчивость горения сильноточных дуг существенное влияние оказывает динамика электронных струй-факелов. Традиционные же модели дуг во внешнем магнитном поле без учета этих факторов показывают, что направление внешнего аксиального поля не влияет на стабильность дуг, влияя лишь на направление их закрутки при развитии винтовой неустойчивости.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):47–59
47–59
ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННО ПЕРИОДИЧЕСКИХ ТЕЧЕНИЙ ОДНОРОДНОЙ И СТРАТИФИЦИРОВАННОЙ ЖИДКОСТИ С УЧЕТОМ ТРЕНИЯ. ФОРМИРОВАНИЕ СТАЦИОНАРНЫХ ВИХРЕВЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ
Аннотация
Исследована устойчивость пространственно периодических течений однородной и стратифицированной жидкости с учетом придонного трения. Для решения задачи устойчивости использован метод Галеркина с тремя базисными фурье-гармониками. Сформулирована система обыкновенных дифференциальных уравнений для амплитуд фурье-гармоник. Получено решение линеаризованного варианта системы, найдено выражение для инкремента нарастания возмущений. Установлено, что экспоненциальный рост линейных возмущений на нелинейной стадии развития сменяется режимом установления стационарных периодических возмущений в форме замкнутых ячеек. Эти возмущения уменьшают осредненную горизонтальную скорость течения. Получены аналитические выражения для пространственного периода и амплитуды стационарных возмущений.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):60-72
60-72
ТУРБУЛЕНТНЫЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ НА ПЛАСТИНЕ В ПОТОКЕ СЖИМАЕМОГО ГАЗА
Аннотация
Для сжимаемого турбулентного пограничного слоя проведено сравнение результатов численного исследования с использованием трехпараметрической RANS-модели турбулентности с результатами прямого численного моделирования (DNS). Показано, что при числах Маха от 6 до 14 результаты расчета с применением RANS-модели удовлетворительно согласуются с DNS-результатами, что позволяет рекомендовать использование ее в инженерных расчетах гиперзвукового пограничного слоя не требующих мощных вычислительных систем.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):73–79
73–79
ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ПЕРЕНОС ИМПУЛЬСА ВНУТРЕННИМИ ВОЛНАМИ ПРИ УЧЕТЕ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ
Аннотация
В приближении Буссинеска рассматриваются свободные внутренние волны в однородно стратифицированной жидкости при учете вращения Земли. Показано, что дисперсионное соотношение при учете горизонтальной компоненты угловой скорости вращения Земли при постоянной частоте волны сводится к каноническому уравнению для кривых второго порядка в плоскости горизонтальных волновых чисел. Если частота волны больше инерционной и меньше частоты Брента—Вайсяля, то изолинии частоты — эллипсы. Если частота волны больше частоты плавучести, то изолинии частоты — гиперболы, если частота волны равна частоте Брента—Вайсяля — то изолинии, две прямые, параллельные направлению на восток. Получены вертикальные волновые потоки импульса в зависимости от направления распространения волны. Показано, что потоки максимальны по модулю в том случае, когда волна распространяется на север или на юг. Проведено сопоставление вертикальных потоков импульса у внутренних и субинерционных волн при одной и той же длине, и максимальной амплитуде волны. Показано, что у субинерционных волн вертикальный поток импульса выше, чем у внутренних волн и с ослаблением стратификации ослабевает.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):80-93
80-93
Моделирование односторонней конвекции в пористой среде с использованием нелинейного уравнения состояния
Аннотация
Выполнено численное моделирование односторонней концентрационной конвекции в пористой среде в приложении к гидродинамическим процессам, происходящим при закачке углекислого газа в подземные пористые образования. При растворении углекислоты в воде или нефти плотность раствора увеличивается, что приводит к развитию неустойчивости. Использована гидродинамическая модель, которая включает уравнения неразрывности, движения (в форме уравнения Дарси) и конвекции-диффузии. Уравнение состояния, связывающее плотность жидкой фазы с концентрацией углекислоты, является нелинейным. Плотность раствора достигает максимума при некотором значении концентрации, которое варьируется. Для решения задачи создан новый вычислительный код, основанный на конечно-разностном методе. Исследовано влияние концентрации, дающей максимум плотности, на параметры конвективного движения и массопереноса. В частности, найдено, что если максимум плотности имеет место при большей концентрации, то увеличивается количество углекислоты, которое переносится вниз конвективным течением. Это значит, что конвективное растворение эффективней удерживает углекислоту на глубине.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):94–106
94–106
ВЛИЯНИЕ ВИХРЕВОЙ СИСТЕМЫ ТРЕУГОЛЬНОГО КРЫЛА НА ОБТЕКАНИЕ НЕСУЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ
Аннотация
Рассматриваются вихревые структуры, образующиеся за треугольным крылом при его обтекании сверхзвуковым потоком. Исследуется зависимость этих структур от угла атаки и от числа Маха набегающего потока, а также их влияние на аэродинамические свойства прямого крыла, расположенного вниз по потоку. Рассмотрены режимы M = 2, 3, α = 10°, 14°, 20°. Численные данные получены на многопроцессорной гибридной суперкомпьютерной системе K-60 в ЦКП ИПМ им. М.В. Келдыша РАН.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):107–119
107–119
СОПОСТАВЛЕНИЕ РЕШЕНИЙ ЗАДАЧИ НЬЮТОНА ДЛЯ ОСЕСИММЕТРИЧНЫХ И НЕОСЕСИММЕТРИЧНЫХ ТЕЛ
Аннотация
Исследовано влияние на аэродинамическое сопротивление тела его усечения на передний торец или кромку. В первом случае форма поперечных сечений (круглая, эллиптическая, ромбовидная) не изменяется, а их площадь определяется степенной зависимостью от продольной координаты. Во втором случае, форма поперечных сечений изменяется от отрезка в начальном сечении до круга в конечном сечении. Построенные тела имеют одинаковую длину и площадь основания. Сопротивление вычислялось с помощью формулы Ньютона для коэффициента давления.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):120–134
120–134
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ТЕЧЕНИЯ В ОСЕСИММЕТРИЧНОМ КАНАЛЕ ПРИ ВДУВЕ РАДИАЛЬНОЙ СТРУИ ВДОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ КОАНДА
Аннотация
Представлены результаты численного исследования течения в канале при вдуве кольцевой радиальной струи вдоль поверхности Коанда. Использованы двумерные осесимметричные осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса (RANS) в сочетании с уравнениями полуэмпирической модели турбулентности " –ω" SST. Изучено влияние полного давления и ширины радиальной струи на распределения скорости и статического давления, описаны изменения локальной структуры, возникающие при до- и сверхкритическом давлении в струе.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(3):135–146
135–146