Институт механики сплошных сред УрО РАН, Пермь
В работе исследуется термодиффузионная конвекция бинарной жидкой смеси в горизонтальном слое с твердыми непроницаемыми границами при заданном вертикальном тепловом потоке. Такая постановка соответствует случаю низкой теплопроводности ограничивающих стенок и существенно отличается от классической задачи с фиксированной температурой на границах. Рассматриваются смеси с отрицательным коэффициентом разделения, для которых развитие конвекции возможно как при нагреве снизу, так и при нагреве сверху. Работа посвящена численному исследованию структуры течения и характерных пространственных масштабов конвекции в нелинейной постановке. В линейной теории для рассматриваемого диапазона параметров потеря устойчивости равновесного состояния происходит по длинноволновому механизму. Однако результаты прямого численного моделирования показывают, что длинноволновой режим реализуется только в непосредственной окрестности порога устойчивости. При увеличении числа Рэлея происходит переход к течениям с конечным волновым числом и формированием квадратных ячеек.
При нагреве сверху переход к коротковолновым режимам выражен наиболее отчетливо: по мере удаления от порога устойчивости формируется устойчивая ячеистая структура с характерным конечным размером ячеек. При нагреве снизу линейный анализ предсказывает возможность колебательной неустойчивости. Нелинейные расчеты подтверждают существование колебательных режимов вблизи порога конвекции; при дальнейшем увеличении надкритичности течение переходит в стационарное пространственно неоднородное состояние.
Показано, что на начальной стадии развития конвекции реализуются конвективные валы (см. Рис.), но основными режимами являются квадратные и прямоугольные конвективные ячейки. Полученные результаты подтверждают выводы линейной теории вблизи порога возникновения конвекции [1] и уточняют закономерности формирования трехмерных структур в бинарных смесях при наличии эффекта Соре и конечной теплопроводности границ. Подробно с результатами исследования можно познакомиться в статье [2].
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 25-71-00038).
1. Lyubimova T. P., Sadilov E. S., Prokopev S. A. Onset of Soret-induced convection in a horizontal layer of ternary fluid with fixed vertical heat flux at the boundaries // The European Physical Journal E. 2017. Vol. 40. P. 15.
2. Prokopev S.A., Lyubimova T.P. Soret-induced convection of a binary mixture with a negative separation ratio in a layer with nearly insulating boundaries // Physics of Fluids. 2026. Vol. 38. №. 6.
Сергей Анатольевич Прокопьев
Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского
Экспериментальное исслдеование, моделирование и управление аэрогидродинамическими процессами, сопровождающих движение по воде колеса с грунтозацепами представляет большой интерес в задаче создания быстроходного амфибийного транспорта. При движении колеса по воде подъемная сила создается за счет скоростного напора жидкости и эффекта ударов грунтозацепов о воду, вклад своеобразного эффекта Магнуса на межфазной границе жидкость-газ, направленного под воду значительно уступает первым двум эффектам, а гидростатические силы становятся значительными лишь при существенном погружении когда движущееся по воде цилиндрическое тело погружается на существенную глубину, то есть при малых скоростях. Аэрогидромеханические силы в значительной степени определяется формой и размером взаимодействующих с многофазной средой грунтозацепов, скоростью напора, глубины погружения и ряда других параметров, прежде всего, безразмерных, в зависимости от которых реализуются различные режимы аэрогидродинамических процессов: от гребного до возникновения изогнутого воздушного экрана и вспененной жидкостью между вращающимся твердым телом и жидкостью, по которой оно перемещается. В насточщей работе проведены расчеты аэрогидромеханических сил, действующих на движущиеся по воде колеса с грунтозацепами.
Для определения скорости при которой возможен бег по воде в зависимости от размеров создана модель колеса с закрепленных на нем моделей ног, для соответствия эксперимента с уменьшенной моделью реальным условиям основной параметр подобия число Фруда Fr =V2/gL. Подъемная сила пропорциональна квадрату скорости бега по воде V и квадрату длины стопы L, т.к. ее площадь пропорциональна квадрату длины стопы. В предположении о независимости формы и плотности от размеров принято, что масса пропорциональна кубу длины стопы, а площадь квадрату. Учитывая приведенные выше обстоятельства, аппроксимируя зависимость подъемной силы от скорости параболическими кривыми (поскольку гидродинамическая силу можно считать пропорциональной квадрату скорости, пренебрегая вязкими эффектами, поверхностным натяжением и некоторыми особенностями двухфазных течений), проходящими через точки полученных в работе значений, были получены значения скоростей, необходимых для удержания над водой тел различной массы при различных размерах стоп. Создана модель беспилотного водокатного транспортного средства для движения по воде, снегу, льду, земле и в перспективе совершать подлеты. В отличие от существующих транспортных средств на эффекте аквапланирования разработанный аппарат остается наплаву при остановке, стабилизатор необходим для устойчивого движения и управления по курсу. Установленные в передней части водные лыжи снижают затраты энергии при выходе на режимы глиссирования и аквапланирования.
Иван Алексеевич Амелюшкин
НИИ механики МГУ
В области сверхзвуковых внутренних течений в каналах актуальным представляется учёт при определении теплового потока и коэффициента теплоотдачи локальных изменений определяющей температуры – адиабатной температуры стенки. Как показано в ряде работ, погрешность в определении коэффициента теплоотдачи, рассчитанного без учета локальных изменений равновесной температуры стенки, может составлять до 50% [1-3]. При исследовании высокоскоростного аэродинамического нагрева дальнейшее повышение точности определения закономерностей теплоотдачи при обтекании сверхзвуковым потоком поверхностей сложной формы требует тщательного исследования локальных значений адиабатной температуры стенки.
Доклад посвящен исследованию динамических (распределение статического давления на стенке, поле скорости) и тепловых (адиабатная температура стенки, коэффициенты восстановления температуры и теплоотдачи) параметров в потоке сжимаемого газа при обтекании плоской стенки и в области отрыва пограничного слоя на поверхности. Исследования проводились на аэродинамической установке АР-2 периодического действия. Тепловой поток в стенку определялся аналитическим методом: решением обратной задачи теплопроводности по измеренному темпу охлаждения стенки и теплофизическим свойствам материала модели. Для определения локальной скорости течения потока использовался PIV-метод.
1. Леонтьев А.И., Попович С.С., Лущик В.Г., Макарова М.С. Коэффициент восстановления температуры в сжимаемом турбулентном пограничном слое // ТВТ. 2022. Т. 60, №3. С. 455-480.
2. Popovich S.S., Zditovets A.G., Kiselev N.A., Vinogradov U.A. Experimental study of aerodynamic heating in the region of an incident shock wave boundary layer interaction // Acta Astronautica. 2025. V. 229. P. 804–813.
3. Popovich S.S. Aerodynamic cooling of the wall in the trace of a supersonic flow behind a backward-facing ledge // Fluid Dynamics. 2022. V. 57. N. 1. P. 57–64.
Сергей Станиславович Попович
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
На основе уравнений Эйлера численно моделируется автомодельная задача о взаимодействии ударной волны с «газовым клином» – областью газа пониженной плотности, ограниченной двумя лучами. Применяется конечно-объемный метод CWENO 3-го порядка аппроксимации на подробных динамических локально-адаптивных расчетных сетках.
На основе серии расчетов для фиксированной интенсивности ударной волны и отношения плотностей газов описана газодинамика течения, включающая косые скачки уплотнения, контактные и тангенциальные разрывы, трехударные конфигурации, высоконапорные струи и слоистые вихри. Основное внимание уделяется конфигурации сопряжения лидирующего скачка, формирующегося в результате взаимодействия исходной волны с передним краем газового клина, с косым скачком, соединяющим лидирующий скачок основной волной. Обнаружен переход от регулярного к маховскому режиму сопряжения лидирующего и косого скачков при увеличении угла наклона верхней грани газового клина.
С помощью численного решения соотношений Ренкина-Гюгонио построены ударные поляры Буземана для потоков газа в системах отсчета, связанных с точкой сопряжения лидирующего и косого скачков, а также с тройной точкой маховской конфигурации. Показано, что переход к маховскому режиму сопряжения скачков связан с изменением необходимого для согласования давлений и направлений потоков угла наклона прилегающего участка лидирующего скачка. Определено критическое значение угла наклона задней границы клина, при котором происходит переход к маховскому сопряжению.
Показано, что конфигурация сопряжения лидирующего и косого скачков геометрически совпадает с аналогичной конфигурацией в известной задаче о взаимодействии ударной волны с наклонной границей раздела газов типа «fast-slow» при условии правильного подбора числа Маха волны и отношения плотностей газов.
Работа выполнена в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова (тема АААА-А19-119012990113-1).
Олег Георгиевич Сутырин
Томский государственный университет
Движение жидкости в горизонтальных каналах имеет большое практическое значение, поскольку оно широко распространено в нефтегазовой, химической и энергетической промышленности. При транспортировке жидкости важно поддерживать температуру выше температуры застывания. Для этого участок стенки может подогреваться. Существует обратная задача, когда труба является теплоотводящим элементом; в этом случае необходимо понимать, насколько эффективно происходит теплообмен. В качестве рабочих сред в таких аппаратах часто используются масла и полимеры. При тепломассопереносе этих сред следует учитывать влияние вязкой диссипации.
В настоящей работе выполнено математическое моделирование вынужденной конвекции несжимаемой жидкости с температурно-зависимыми вязкостью и теплопроводностью с учетом диссипативных слагаемых. Течение считается ламинарным и стационарным. Рассматривается осесимметричный цилиндрический канал с локальным кольцевым нагревом стенки. На нагреваемом участке подвод тепла задается двумя способами: граничным условием первого и второго рода (см. рис. 1). Температурная зависимость динамической вязкости описывается экспоненциальным законом, а теплопроводности – линейным [1]. Определяющие уравнения, полученные из законов сохранения массы, импульса и энергии, приведены к безразмерному виду в переменных «функция тока – завихренность скорости». Система дифференциальных уравнений в частных производных решалась методом конечных разностей второго порядка точности на равномерной сетке [2]. Сходимость по сетке оценивалась на трёх последовательно сгущающихся сетках. Проведена верификация разработанного численного кода.
Было выявлено, что учёт вязкой диссипации позволяет точнее описать процесс теплопереноса, а характер зависимости числа Нуссельта от числа Бринкмана зависит от граничного условия на стенке. Проанализировано влияние вязкой диссипации в осевом направлении.
Алина Александровна Шнейдер
НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова
Квазистационарный подход к описанию дивергенции крыла – статической аэроупругой неустойчивости (см. Рис.) – опирается на представление о нулевой собственной частоте конструкции при критической скорости потока из-за отрицательной аэродинамической жёсткости. Однако эта упрощённая модель не учитывает нестационарность обтекания.
В двумерной постановке [1] показано, что учёт нестационарной аэродинамики приводит к иному механизму дивергенции: вместо классического слияния частот наблюдается затухание конструктивных мод, а неустойчивая мода формируется из непрерывного спектра, связанного соследом за крылом.
В данной работе выполнено сравнительное численное исследование перехода к дивергенции прямого упругого крыла в трёхмерной постановке с использованием стационарной (квазистационарной) и нестационарной моделей аэродинамических нагрузок при безотрывном обтекании идеальной несжимаемой жидкостью. Разработана и верифицирована вычислительная модель, включающая аэродинамический модуль на основе метода дискретных вихрей и разрешающий изгибно-крутильные деформации конструкционный модуль, которые в циклическом пошаговом алгоритме обеспечивают прямое моделирование связанных аэроупругих процессов во времени.
Проведено численное исследование перехода к дивергенции для трехмерного прямого крыла. Проведён анализ эволюции спектра собственных частот системы при постепенном увеличении скорости набегающего потока. Критическим отличием между классическим и неклассическим сценариями, выявленным в результате моделирования, является отсутствие колебательного движения крыла при приближении к границе устойчивости. Обсуждаются физические причины выявленных различий.
Рис. Отклик крыла на начальное возмущение по первой собственной крутильной форме:
а) 
- до наступления дивергенции и 
- после.
1. Vedeneev V.V. New mechanism of the aeroelastic divergence onset. AIAA Journal, 2020, 58(6), 2716–2725.
2. Chicherina A., Vedeneev V. Numerical investigation of the nonclassical transition to divergence in a three dimensional non-rotating and rotating wing. В сборнике FIV2024: FSI2&FIV+N 10th International Symposium on Fluid -Structure Interactions, Flow-Sound Interactions, Flow-induced Vibration&Noise.
Анастасия Дмитриевна Чичерина
НИИ механики МГУ
В инженерных методиках расчета теплообмена для определения теплового потока в стенку при высоких скоростях течения газа используется коэффициент восстановления температуры 
, где: Taw* – адиабатная температура стенки, T0 – статическая температура и 
– температура торможения потока.
Актуальность настоящего исследования обусловлена необходимостью учета изменений коэффициента восстановления температуры при расчете теплообмена в каналах энергоустановок, двигателей, теплообменных аппаратов и устройств безмашинного энергоразделения потоков. Результаты экспериментальных, аналитических и численных исследований коэффициента восстановления температуры частично отражены в обзоре [1].
Численное исследование зависимости коэффициента восстановления температуры от числа Маха проведено с использованием трехпараметрической RANS–модели турбулентности [2], дополненной уравнением переноса для турбулентного потока тепла.
Расчеты проводились в следующей постановке. Пластина обтекалась потоком воздуха с постоянной сверхзвуковой скоростью 
, соответствующей заданному числу Маха при статической температуре T0=200 К и давлении торможения p*=0.5 МПа. Интенсивность турбулентности набегающего потока составляла менее 1%. Параметрами задачи являются число Маха M и число Рейнольдса по длине 
при значениях теплофизических свойств, определенных по температуре и давлению в набегающем потоке.
На рис. 1 представлены результаты расчета зависимости r(M) при числе Рейнольдса Rex=108 и экспериментальные данные, приведенные в [1].
Как видно из рис. 1, при значениях числа Маха M>4 коэффициент восстановления температуры существенно уменьшается с ростом числа Маха, в то время как по результатам многочисленных экспериментальных исследований в широком диапазоне чисел Маха при обтекании пластины, конуса, конуса-цилиндра, приведенным в [1], не выявлено существенного влияния числа Маха на коэффициент восстановления температуры, хотя в ряде работ с увеличением числа Маха (вплоть до М=6) наблюдалось некоторое его уменьшение.
1. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С., Попович С.С. Коэффициент восстановления температуры в сжимаемом турбулентном пограничном слое (обзор) // ТВТ. 2022. Т.60. № 3. С. 455–480.
2. Лущик В.Г., Попович С.С., Чайка А.М. Применение трехпараметрической дифференциальной RANS-модели турбулентности для решения задач энергоразделения газового потока // Программная инженерия. 2025. Т. 16, № 3. С. 143–155.
Сергей Станиславович Попович
Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр РАН
Неотъемлемой частью процесса транспортировки природного газа является измерение расхода, значение которого используется для расчетов между поставщиком и потребителем газа, управления технологическими процессами, поиска и локализации утечек газа в трубопроводах. Самые точные современные расходомеры работают на ультразвуковом принципе. Однако, для обеспечения высокой точности измерения расхода необходимо не только выполнить калибровку расходомера на эталонном стенде, но и обеспечить подобие гидродинамической структуры течения в трубопроводе структуре потока в измерительной линии испытательного стенда. Работа технологического оборудования и обтекание местных сопротивлений может приводить к вибрациям трубопроводов и генерации акустических колебаний (шума). Изгибы трубопровода искажают профили скорости течения газа делая их асимметричными и в некоторых случаях закрученными. Перечисленные эффекты негативно отражаются на точности измерения расхода газа и по некоторым данным могут приводить к неопределенности измерений до 20 %.
Обзор нормативной документации и применяемых серийных решений для нивелирования искажений потока показал высокую актуальность разработки универсального устройства подготовки потока. Такое устройство было предложено в [1]. Результаты первых испытаний показали перспективность предложенной конструкции устройства, а также возможность расширения его функционала и эксплуатационных характеристик. Некоторые результаты таких исследований опубликованы, например, в [2]. Слушатели доклада будут ознакомлены с принципами, положенными в основу разработки. Будут продемонстрированы результаты исследования формы проточной части устройства с точки зрения нивелирования гидродинамических искажений потока для широкой номенклатуры воздействий, показаны достижения в части снижения уровня акустического шума в трубопроводе и повышения отношения сигнал-шум датчиков ультразвукового расходомера, рассказано о доработках проточной части, позволяющих нивелировать дефект профилей скорости потока и улучшить воспроизводимость течения на режиме ламинарно-турбулентного перехода. Последняя задача особенно интересна тем, что открывается возможность расширения динамического диапазона измерений расхода с высокой точностью.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №25-29-00873, https://rscf.ru/project/25-29-00873/.
1.Душин Н.С., Валеев А.А., Колчин С.А., Душина О.А. Разработка устройства подготовки потока для трубопроводов с источниками акустического шума // Теплоэнергетика. 2023, №11, С. 54-65.
2. Dushin N. et al. Enhanced acoustic and hydrodynamic performance of cylindrical flow conditioners using rubber and steel fillers for gas metering // Flow Measurement and Instrumentation. 2025, Vol. 102, P. 102768-1 – 102768-9.
Николай Сергеевич Душин
Санкт-Петербургский государственный университет
Моделирование сильнонеравновесных течений смесей с содержанием углекислого газа востребовано при описании входа аппаратов в атмосферы Марса и Венеры и в низкотемпературных течениях (сопла, газодинамические лазеры). Основная трудность – корректный учёт колебательного возбуждения CO₂ из-за сложной структуры молекулы и учёт связи колебательного возбуждения с химическими реакциями. В работе развит гибридный многотемпературный (ГМТ) подход [1, 2], сочетающий поуровневое и многотемпературное описания за счёт осреднения поуровневых коэффициентов скорости физико-химических процессов. Колебательная кинетика CO₂ описывается тремя независимыми колебательными температурами; уравнения формулируются относительно средних чисел колебательных квантов, что допускает использование различных квазистационарных распределений.
Поуровневые коэффициенты скорости колебательных энергообменов вычисляются по модели нагруженного гармонического осциллятора (FHO) [3], обобщённой на многоатомные газы. Оптимальные параметры для исследуемых процессов определены с помощью машинного обучения в диапазоне от 300 до 5000 К. Модель валидирована по экспериментальным временам релаксации в чистом CO₂ и смеси CO₂/Ar, а также на основе сравнения с экспериментами в ударных трубах [4].
По результатам моделирования удалось продемонстрировать, что ГМТ модель хорошо описывает межмодовую неравновесность, которую нельзя описать с использованием распространенной в CFD двухтемпературной модели. Анализ адиабатической релаксации выявил немонотонное поведение колебательных температур в условиях, характерных для расширения в соплах и плазмы; роль межмолекулярных обменов существенна в смесях с сопоставимыми долями CO₂, CO и O₂. Оценено влияние ангармоничности – при сильных отклонениях от равновесия эффекты ангармоничности могут значительно влиять на химические реакции, в то время как для колебательных энергообменов за ударными волнами эффект ангармоничности мал (не превышает 2%).
Работа выполнена при поддержке СПбГУ (грант № 148177671).
1. Kosareva A., Kunova O., Kustova E., Nagnibeda E. Hybrid approach to accurate modeling of coupled vibrational-chemical kinetics in carbon dioxide // Physics of Fluids. 2022. Vol. 34. №. 2.
2. Kravchenko D., Kunova O., Kustova E. Non-equilibrium CO2 kinetics: Assessment of advanced multi-temperature models of vibrational–chemical relaxation // Physics of Fluids. 2026. Vol. 38. №. 3.
3. Adamovich I., Macheret S., Rich J., Treanor C. Vibrational energy transfer rates using a forced harmonic oscillator model // J. Thermophys. Heat Transfer. 1998. Vol. 12. Pp. 57–65.
4. Jelloian C. C., Minesi N. Q., Spearrin R. M. High-speed mid-infrared laser absorption spectroscopy of CO 2 for shock-induced thermal non-equilibrium studies of planetary entry: CC Jelloian et al // Applied Physics B. 2022. Vol. 128. №. 12. Pp. 216.
Денис Сергеевич Кравченко
Институт механики и машиностроения ФИЦ Казанский научный центр РАН
В настоящий момент сохраняется интерес к нелинейным волновым процессам, возникающих в акустических резонаторах различной геометрии [1]. Были изучены оптимальные формы резонаторов для увеличения амплитуды акустического давления. Результаты применимы при исследованиях течения сплошных сред, содержащих дисперсную примесь [2], воздействия колебательных систем на осаждение и коагуляцию аэрозолей [3, 4].
Исследования проведены на экспериментальной установке TV51075. На стол вибростенда устанавливался плоский поршень, который колебался в цилиндре соединенного с прозрачной стеклянной трубой радиусом R = 0.018 м равный радиусу поршня и цилиндра. Противоположный конец резонатора герметично закрывался плоской крышкой, насадкой в виде полусферы, конуса. Длины труб выбраны таким образом, чтобы сохранить равные объемы резонаторов. В качестве рабочей среды использовался аэрозоль DEHS с диаметром капель около 1 мкм.
Получены амплитудно-частотные характеристики колебаний давления газа. Выявлено, что для всех случаев колебаний форма волны давления имеет слабую нелинейность вблизи резонансной частоты, однако сохранял непрерывный вид. При резонансных колебаниях аэрозоля в трубах, наблюдается ускорение процесса осаждения по сравнению с естественным осаждением.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда №25-21-00912, https://rscf.ru/project/25-21-00912/.
1. Cervenka M., Soltes M., Bednarik M. Optimal shaping of acoustic resonators for the generation of high-amplitude standing waves // J. Acoust. Soc. Am. 2014. V. 136. P. 1003-1012.
2. Вараксин А. Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований (обзор) // ТВТ. 2020. Т. 58. № 4. С. 646–669.
3. Amiri M., Sadighzadeh A., Falamaki C.: Experimental parametric study of frequency and sound pressure level on the acoustic coagulation and precipitation of PM2.5 // Aerosol Air Qual. Res. 2016. V. 16. P. 3012-3025.
4. Шайдуллин Л.Р., Фадеев С.А. Влияние конусной насадки на осаждение аэрозоля при акустических колебаниях малой амплитуды в трубе // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2023. № 6. С. 86-94.
Линар Радикович Шайдуллин
Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск
В мире активно проводятся расчетно-экспериментальные кампании, направленные на получение данных по локальной гидродинамике и теплообмену для валидации программ для ЭВМ CFD класса, применяемых при теплогидравлическом обосновании активных зон различных реакторных установок. Одними из наиболее перспективных методов проведения экспериментальных исследований являются лазерно-оптические: лазерная допплеровская анемометрия (ЛДА) и цифровая трассерная визуализация (PIV).
Целью данной работы является экспериментальное исследование локальных гидродинамических параметров в вертикальных пучках твэлов с различным типом дистанционирования.
Разработаны, отлажены и использованы для исследования локальной гидродинамики течения модельного теплоносителя лазерно-оптические (ЛДА, PIV) методики измерения скорости течения в межканальных промежутках. На стенде ИТ СО РАН с универсальным рабочим участком, представляющим 7-ми и 37-ми ячеистые фрагменты экспериментальных моделей ТВС, проведено детальное экспериментальное исследование параметров потоков жидкости в сборках стержней с дистанционирующими решетками. Получены данные по влиянию дистанционирующих решеток на вертикальную составляющую скорости течения по высоте ТВС.
Результаты исследований указывают, что при обтекании дистанционирующих решеток потоком теплоносителя наблюдается неравномерное распределение осевой скорости. Зона действия этой неравномерности начинается сразу же за решеткой и распространяется на расстояние протяженностью в несколько гидравлических диаметров вниз по потоку. На расстоянии больше 10 гидравлических диаметров от решетки отклонение максимального и минимального значений скорости жидкости от среднего не превышает 10 %.
Выполнены детальные измерения гидродинамических параметров восходящего течения жидкости в модели с семью самодистанционирующимися имитаторами твэлов. С использованием высокоразрешающих бесконтактных лазерно-оптических методов получены данные о распределениях осредненной и пульсационной скоростей, спектрам пульсаций скорости при различных расходах (числах Рейнольдса) жидкости, имитирующих режимы вынужденной конвекции и естественной циркуляции, которые могут возникать в реакторной установке. Показаны хорошо соотносимые с геометрической формой имитаторов твэлов распределения осевой и горизонтальной компонент скорости теплоносителя и их пульсаций.
Павел Дмитриевич Лобанов
Московский физико-технический институт
В связи с ростом сопротивления трения при турбулизации потока ламинарно-турбулентный переход остается актуальной проблемой для исследований. Одним из методов таких исследований является метод прямого численного моделирования. При этом в расчетах этим методом возникает проблема постановки задачи для возмущений в потоке: разный спектральный состав возмущений может приводить к различным результатам в области ламинарно-турбулентного перехода.
В данной работе проведено численное моделирование ламинарно-турбулентного перехода и турбулентности в сверхзвуковом пограничном слое на плоской пластине для двух различных генераторов возмущений – с узким и широким спектрами. Численное решение уравнений получено при помощи пакета программ [1,2]. Параметры набегающего потока взяты такими же, как и в [3]: число Маха M∞ = 3; число Рейнольдса, посчитанное по длине пластины, ReL = 2.37×106; температура T∞ = 103.6 К.
На основе анализа полей обнаружено, что, несмотря на отличия в форме возмущений от генераторов, поля давления на стенке в области нелинейного развития возмущений содержат одинаковые структуры (рис.). Обнаружено, что зависимости энергии отдельных компонент спектра возмущений (гармоник) от продольной координаты в двух случаях качественно совпадают. Это говорит об одинаковом сценарии нелинейного взаимодействия – косом распаде [4]. Показано, что зависимости среднего коэффициента трения от продольной координаты в двух случаях выглядят схожим образом и в турбулентной области выходят на уровень экспериментальной корреляции.
Рис. Возмущения давления на пластине в фиксированный момент времени
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект №23-79-10072-П.).
1. Башкин В. А., Егоров И. В. Численное моделирование динамики вязкого совершенного газа. ФИЗМАТЛИТ, 2012.
2. Егоров И. В., Новиков А. В. Прямое численное моделирование ламинарно-турбулентного обтекания плоской пластины при гиперзвуковых скоростях потока // Журнал Вычислительной Математики И Математической Физики. 2016. Т. 56, № 6. С. 1064–1081.
3. Mayer C. S. J., Von Terzi D. A., Fasel H. F. Direct numerical simulation of complete transition to turbulence via oblique breakdown at Mach 3 // J. Fluid Mech. 2011. V. 674. P. 5–42.
4. Chang C.-L., Malik M. R. Oblique-mode breakdown and secondary instability in supersonic boundary layers // J. Fluid Mech. 1994. V. 273. P. 323–360.
Григорий Васильевич Толоко
НИИ механики МГУ
В литературе известен эффект снижения адиабатной температуры стенки до значений ниже термодинамической температуры при поперечном обтекании дозвуковым сжимаемым потоком цилиндра в области задней критической точки (эффект Эккерта-Вайзе). За цилиндром (или, например, за выходной кромкой турбинной лопатки) образуется вихревой след с температурной стратификацией по сечению вихря: в центре вихря полная температура ниже начальной, а на периферии – выше. Для сверхзвуковых потоков снижение адиабатной температуры стенки (эффект аэродинамического охлаждения) фиксируется в следе за обтекаемым препятствием в виде клина, ребра или ступеньки.
По-видимому, впервые эффект охлаждения цилиндра был опубликован в работе Хилтона. Отмечалось, что температура задней стенки цилиндрического зонда практически равняется статической температуре набегающего потока. В то же время в передней части цилиндра температура была близка к температуре торможения. Данный эффект был подтвержден в ряде последующих работ, а также интенсифицирован за счет взаимного влияния пары круговых цилиндров [1]. На основе эффекта Эккерта-Вайзе предложен метод энергоразделения газового потока [2].
В данной работе представлены результаты исследования методом ИК-термографии поперечного обтекания цилиндра дозвуковым потоком воздуха. Экспериментальное исследование проводилось на базе аэродинамической установки АР-2 на стационарном режиме при числах Маха набегающего потока от 0.4 до 0.6, давлении торможения до 150 кПа, температуре торможения до 23⁰С. С помощью ИК-камеры зафиксирован эффект охлаждения задней поверхности цилиндра, причем эффект возрастает с увеличением скорости набегающего потока. Охлаждение поверхности цилиндра составило от 4±0.6 K при числе Маха 0.4 до более 20±0.6 К при числе Маха 0.6.
1. Zditovets A.G., Kiselev N.A., Popovich S.S., Vinogradov Y.A. Experimental investigation of the Eckert-Weise effect (aerodynamic cooling) of pair side-by-side circular cylinders in a compressible cross-flow // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2024. V. 233
2. Здитовец А.Г., Попович С.С., Киселев Н.А., Виноградов Ю.А. Устройство и способ безмашинного энергоразделения газа // Патент на изобретение №2853045. Опубл.: 12.12.2025.
Сергей Станиславович Попович
НИИ механики МГУ
Одной из задач рационального недропользования является исследование процессов вытеснения жидкости в геологических пористых средах. Такие задачи могут осложняться особенностями строения пластов. Например, низкопроницаемые включения могут служить барьером для течения жидкости, а высокопроницаемые пропластки – коллекторы – могут оказаться тупиковыми каналами, разрывающими соединение между скважинами. В настоящей работе исследуется влияние неоднородностей строения пластов на эффективность вытеснения жидкости. Неоднородность характеризуется тремя параметрами NG, NR и ϒ, где NG – песчаннистость пласта, NR – количество пропластков, а ϒ характеризует длину пропластка коллектора по сравнению с расстоянием между нагнетательной и добывающей скважинами. Показано, что более высокая эффективность вытеснения наблюдается при хорошей гидродинамический связности пласта, которая достигается, например, при малых значениях ϒ, в этом случае пласт представляет собой слоистую структуру с чередующимися высокопроницаемыми и низкопроницаемыми пропластками (рис.а). В работе [1] предложен метод оценки коэффициента эффективности вытеснения для подобных слоистых пластов. Похожая слоистая структура также наблюдается при больших числах NR (рис.г). При малых значениях NG, вытеснение жидкости может не происходить вовсе (рис.д), а соответствует однородному пласту, при котором нет барьеров для течения жидкости. Таким образом, максимальная эффективность вытеснения жидкости может достигаться в пластах с высокой гидродинамической связанностью, большим числом пропластков или в однородном случае.
Анна Игоревна Андреева
Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского
Разработка летательных аппаратов с машущим крылом представляет большой интерес. Преимущества таких аппаратов связаны со значительным снижением шума, высокой маневренностью и схожесть внешнего вида с объектами живой природы. Кроме того, маховые действия крыла приводят к изменению знака горизонтальной проекции аэродинамических сил при обтекании крыла, которая для самолета составляет около половины всего сопротивления обтеканию.
С целью управления процессами и предварительного проектирования летательных аппаратов с машущим крылом разработана модель аэродинамической тяги совершающего колебательные движения крыла, проведены параметрические исследования, показано влияние собственных частот колебаний нервюр на аэромеханическую тягу крыла при колебаниях лонжерона.
В расчетах предполагалось, что силы инерции и упругости значительно превосходят аэродинамические . На рис. 1 в центре показано влияние частоты собственных колебаний нервюр на величину силы тяги и амплитуду углов ψ. Создана экспериментальная установка, позволяющая определять коэффициенты тяги машущих крыльев при различных частотах, настраивать собственные частоты колебаний и подбирать форму в соответствии с задачами максимизации тяги.
Изгиб лонжерона в «локте» необходим для увеличения подъемной силы, вызванного приближением движения лонжерона плоскопараллельному для увеличения подъемной силы, кроме того, сгибание снижает моменты сил, возникающие на крыле большого удлинения, понижая нагрузки на силовые элементы и их вес, а уменьшается площадь проекции крыла на горизонтальную плоскость при замахе и увеличивается площадь при взмахе для создания подъемной силы при нулевой или малой скорости. При этом снижаются шум и вибрации центра масс во время маховых действий. Создана модель гибридного орнитоптера (рис.1, справа), которая проходит испытания. Разработаны конструкции адаптивных крыльев [1] для улучшения взлетно-посадочных характеристик летательных аппаратов.
Иван Алексеевич Амелюшкин
