Сколковский Институт Науки и Технологий
Рассматривается проблема распространения одномерной волны горения в периодически неоднородной среде. Проблема мотивирована явлением регуляризации колебаний скорости детонационной волны, обнаруженным в недавних исследованиях детонации в неоднородных смесях [1]. Известно, что как детонационные волны [1], так и медленные волны горения [2], распространяющиеся в однородных средах, обладают сложной нелинейной динамикой. В этом случае скорость волны может колебаться регулярно или хаотически в зависимости от параметров смеси (например, энергии активации). Вопрос о влиянии периодических внешних условий на такие колебания представляет научный и практический интерес.
В данной работе исследуется явление регуляризации динамики волны горения при ее распространении в периодически неоднородной среде. Изучается модельная система уравнений реакции-диффузии для безразмерной температуры T и концентрации топлива C с Aррениусовской кинетикой выделения энергии.
Мы исследуем, как пространственная неоднородность начальной концентрации топлива, C(x, 0), а также коэффициента тепловых потерь, q=q(x), влияет на динамику волн. В частности, мы рассматриваем случаи, когда начальная концентрация следует профилю C=C0 + a sin(k x), или коэффициент тепловых потерь изменяется как q(x)=q0 + a sin(k x), где a и k представляют собой амплитуду и волновое число возмущений соответственно. Влияние этих параметров на динамику волн горения анализируется путем численного решения системы уравнений для различных значений волнового числа и амплитуды неоднородности и определения соответствующей скорости волны для каждого случая.
Проведенный анализ позволил выявить явления регуляризации и синхронизации колебаний, а также существование областей синхронизации при определенных значениях волнового числа. Установлено, что характер колебаний существенно зависит от k. При приведении двухпараметрического исследования и одновременном изменении волнового числа и амплитуды неоднородности были получены структуры, напоминающие языки Арнольда. Были проанализированы области внутри и вне языков и описаны различные режимы синхронизации пламени в неоднородной среде.
Марьюш Здиславович Сорока
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
Сферические опорные части мостовых сооружений относятся к классу конструкций, работоспособность которых в значительной степени определяется напряженно-деформированным состоянием антифрикционной прослойки слоя скольжения [1-2]. Данная прослойка представляет собой композицию сверхвысокомолекулярного полиэтилена и консистентного смазочного материала, размещенного в системе технологических углублений [3]. При построении численных моделей конструкции явное описание геометрии углублений, межфазных границ и контактного взаимодействия компонентов приводит к существенному увеличению числа степеней свободы и вычислительных затрат, особенно при решении задач многоциклового термосилового нагружения. В связи с этим актуальной является разработка подходов, основанных на замене неоднородной структуры антифрикционной прослойки эквивалентной однородной средой с эффективными упруговязкопластическими характеристиками.
Рис. 1. Геометрическая конфигурация углублений под смазочный материал:
а) схема заполнения; б) расчетный объем: 2 – полимер; 3 – смазка
На основе серии численных экспериментов выполнено определение эффективных упругих и упруговязкопластических характеристик представительного объема антифрикционной прослойки, содержащего полимерный материал и локальную область, заполненную смазкой. Получены функциональные зависимости параметров эквивалентной среды от температуры и геометрических характеристик расчетного объема. Установлены закономерности изменения эффективных характеристик при варьировании размера представительного объема и условий термосилового воздействия. Показано, что предложенный подход позволяет реализовать многоуровневую схему моделирования сферической опорной части, в которой неоднородная структура слоя скольжения заменяется эквивалентной однородной средой с эффективными определяющими соотношениями.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 25-29-00470, https://rscf.ru/project/25-29-00470/
1. Адамов А.А., Каменских А.А., Носов Ю.О. О влиянии геометрии и конфигурации сферического слоя скольжения опорной части мостового сооружения на параметры контактного взаимодействия ее элементов // Computational Continuum Mechanics. 2021. Т. 14. № 3. С. 398–411.
2. Meghashree M., Urs N., Amith B.N. et al. Elastomeric bearing performance prediction and damage effect evaluation using machine learning // Multiscale and Multidiscip. Model. Exp. and Des. 2025. Vol. 8, Art. 243.
3. Nosov Y.O., Kamenskikh A.A. Influence Analysis of Lubricant Recesses on the Working Capacity of the Bridge Span Spherical Bearing // Lubricants. 2022. Vol. 10. Art. 283.
Андрей Ренатович Мухаметшин
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова, Москва, Россия
Исследование взаимодействия ударных волн с препятствиями актуально для задач аэродина- мики и тестирования численных методов [1,2]. Целью работы является численное моделирование взаимодействия плоской ударной волны с выпуклым гладким телом в покоящемся газе.
Рассматривается задача набегания ударной волны на тело. Газ предполагается невязким и нетеплопроводным. Тело предполагается симметричным. При взаимодействии волны и тела возникает отражённая ударная волна.
Процесс моделируется системой уравнений Эйлера, которая решается численно с помощью схемы Мак-Кормака 2-го порядка точности [3]. Устойчивость счёта обеспечивается условием Куранта-Фридрихса-Леви [4]. На внешней границе параметры определяются приходом ударной волны. До волны газ покоится, за волной параметры рассчитываются по соотношениям Ранкина- Гюгонио. На поверхности тела реализуются условия непротекания.
В результате моделирования получены распределения давления, плотности и скорости. Полученные результаты соответствуют известным данным [1,2,3].
Виктория Алексеевна Гвоздева
ИСП РАН
Вертикально-осевые приливные турбины рассматриваются как перспективные установки для преобразования энергии морских и речных течений. При размещении таких устройств вблизи донной поверхности существенное значение приобретают процессы локального размыва, способные влиять на условия эксплуатации и устойчивость гидротехнических сооружений.
Численное моделирование донных деформаций в окрестности вращающихся турбин является вычислительно затратной задачей, поскольку требует совместного учета нестационарного течения и изменения формы донной поверхности. В связи с этим представляет интерес применение упрощенных подходов, позволяющих снизить вычислительные затраты при сохранении возможности воспроизведения основных особенностей течения.
В работе выполнено численное исследование локального донного размыва в окрестности вертикально-осевой трехлопастной турбины диаметром 1 м. Для описания воздействия турбины на поток использовался Actuator Line метод, реализованный в открытом программном комплексе OpenFOAM. Расчет донных деформаций выполнялся с использованием решателя scourFoam, учитывающего основные механизмы переноса наносов.
Показано, что размещение турбины вблизи донной поверхности приводит к формированию ускоренного потока в зазоре между турбиной и дном, увеличению придонных касательных напряжений и развитию локальной эрозии. Во всех рассмотренных случаях формируется характерная структура донных деформаций, включающая локальную размывную воронку вблизи турбины и область намыва ниже по потоку (рис. 1а). Полученные профили деформированной поверхности дна показывают, что форма лопастей оказывает заметное влияние на глубину размыва и распределение наносов в продольном и поперечном направлениях (рис. 1б, в).
Софья Павловна Ярикова
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)
Рис. Q-критерий (изоповерхности Q=2500). Цветовая палитра соответствует продольной скорости.
Проблема ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) занимает важное место в механике жидкости и газа, сохраняя фундаментальную научную значимость и востребованность в аэрокосмической отрасли. Её прикладная важность обусловлена тем, что смена режима течения в пограничном слое вызывает увеличение сопротивления трения, а при сверхзвуковых скоростях — и интенсивный рост тепловых потоков к обтекаемой поверхности. Целью данного исследования является изучение ЛТП и турбулентности, возникающих из-за возмущений в набегающем потоке.
В работе рассматриваются результаты численного моделирования ламинарно-турбулентного перехода и турбулентности в сверхзвуковом пограничном слое при числе Маха 3, числе Рейнольдса ReL=2.37×106 и температуре набегающего потока T∞=103.6 K [1]. ЛТП инициирован акустическими возмущениями в набегающем потоке. Расчет выполнен в рамках полных нестационарных уравнений Навье-Стокса для совершенного газа [2].
В работе изучено развитие возмущений в пограничном слое от линейной стадии до турбулентности. На начальном этапе зафиксировано взаимодействие косых волн первой моды с образованием продольных структур по сценарию косого распада. На сильнонелинейной стадии появляются и усиливаются кратные гармонии, происходит разрушение ламинарного течения и формируется турбулентность (рис.), что подтверждается наличием логарифмического профиля скорости и согласованием коэффициента трения с данными для полностью турбулентного обтекания [1, 3, 4]. С помощью спектрального и корреляционного анализа показана воспроизводимость течения во времени вплоть до области турбулентности.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект №23-79-10072-П.).
1.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.
2.Башкин В. А., Егоров И. В. Численное моделирование динамики вязкого совершенного газа // М: ФИЗМАТЛИТ, 2012.
3.White F. M. Viscous Fluid Flow. McGraw-Hill, 1991.
4.Pope S. B. Turbulent flows. 1. publ., 12. print. Cambridge: Cambridge Univ. Press, 2015. 771 p.
Степан Тихонович Калугин
НИЦ «Курчатовский институт»-НИИСИ
В работе проведено сопоставление того, как добавка инертного газа влияет на характер развития горения и на энергетические параметры протекающего процесса. Для численного моделирования химически реагирующей среды использовались два различных кинетических механизма. Первый из них включает 58 химических компонентов и 404 элементарные реакции. Второй рассматриваемый кинетический механизм также широко применяется в задачах численного моделирования горения реагирующих сред и содержит 53 компонента и 325 реакций. Выбор именно этих двух механизмов обусловлен необходимостью оценить чувствительность результатов моделирования к детальности описания химической кинетики, особенно в условиях, когда в смесь вводится инертная добавка, существенно изменяющая тепловой режим и состав продуктов. Особый интерес в данной работе представляет рассмотрение стратифицированной (расслоённой) среды, в которой инертный разбавитель распределён неравномерно. В реальных аварийных ситуациях (например, при утечке водорода в замкнутом помещении) часто возникает именно стратифицированная структура: слой чистой горючей смеси соседствует со слоем, обогащённым разбавителем, либо наблюдается градиент концентрации инертного газа. Такое расслоение может приводить к нестационарным режимам распространения детонации, её затуханию или, напротив, к ускорению при переходе через границу раздела сред.
Елена Викторовна Михальченко
