ОИВТ РАН
Рис.1 (Слева) – Серия инфракрасных изображений распада фронта пламени на ячейки в 10 об% водородно-воздушной смеси в зазоре 3 мм в различные моменты времени; (Справа) – схематическое изображение распада фронта пламени на отдельные ячейки.
Распространение водородно-воздушного пламени в плоских зазорах играет ключевую роль в различных областях техники, включая микроэлектромеханические системы и разработку топливных ячеек
При горении водородно-воздушных смесей в плоском зазоре возникают постоянные потери тепла в стенки камеры сгорания. Сочетание ультра-бедных водородно-воздушных смесей и постоянные теплопотери приводят к режиму распространения пламени в виде разрозненных ячеек [1, 2].
В работе приведены экспериментальные исследования по горению водородно-воздушных смесей с объемной концентрацией водорода 7 и 10% в зазорах толщиной от 3 до 5 мм. Визуализация процесса с помощью инфракрасной камерой, регистрирующей длины волн от 1.5 до 5 мкм позволила получить изображения фронта пламени на начальном этапе и его последующий распад на отдельные ячейки (Рис.1).
Получены скорости распространения фронта пламени и ячеек пламени, проведен анализ и сравнение полученных скоростей со скоростью диффузии водорода. Показана форма фронта ячеек пламени. Распад дефлаграционного фронта является критическим случаем термодиффузионной неустойчивости, при котором происходит локальное затухание искривленного фронта пламени в вогнутостях. Предложен критерий распада фронта на отдельные ячейки.
1. Володин В.В., Голуб В.В., Ельянов А.Е. Исследование распространения водородно-воздушного пламени в плоском зазоре методом инфракрасной визуализации // ТВТ. 2024. В печати
2. Москалев П.В., Денисенко В.П., Кириллов И.А. Классификация и динамика ультрабедных водородо-воздушных пламен в горизонтальных цилиндрических ячейках Хеле–Шоу // ЖЭТФ. 2023. Т. 164 № 1. С. 117-28
Артём Евгеньевич Ельянов
АО ГНЦ "Центр Келдыша"
Свободно-конвективные течения играют важную роль во многих практических приложениях механики жидкости и газа. При создании ракетно-космической техники естественная конвекция во многом определяет картину тепломассообменных процессов в криогенных топливных баках ракет и космических аппаратов. В общем случае в баке присутствует как жидкое топливо, так и паровая подушка, которая может содержать пары топлива и сторонние газы. Применительно к свободно-конвективным тепломассообменным процессам в жидкости множество теоретически значимых результатов было получено различными авторами в рамках модели Буссинеска. Важным эффектом, наблюдаемым при хранении жидкостей в емкостях в условиях внешнего теплопритока, является температурная стратификация, направление которой совпадает с вектором действия силы тяжести [1]. Наблюдаемая при этом анизотропия поля температуры, выражающаяся в малости неоднородностей температуры в направлениях, перпендикулярных вектору силы тяжести, по сравнению с вертикальными градиентами температуры, была объяснена реализацией режима локальной автомодельности в свободно-конвективном пограничном слое у стенок емкости [2]. При этом, подобная картина поля температуры наблюдалась и в паровой подушке [3].
В докладе рассматриваются вопросы расширения теории режима локальной автомодельности на случай естественной конвекции идеального газа при наличии существенных неоднородностей температуры и плотности. С использованием модели на основе уравнений Навье-Стокса в приближении малых чисел Маха и преобразований Дородницына исследуются параметры свободно-конвективного пограничного слоя в емкостях, заполненных идеальным газом. Получены аналитические зависимости для скорости и температуры в пограничном слое в газе, а также результаты численного моделирования уравнений Навье-Стокса для различных геометрий емкости (рис). Анализ полученных данных позволяет, аналогично жидкости Буссинеска, предположить возможность реализации режима локальной автомодельности в емкостях с газом для объяснения наблюдаемой в экспериментах и расчетах картины тепломассопереноса, а также выявить условия реализации данного режима.
1. Belyayev A.Yn., Ivanov A.V., Egorov S.D. et. al. Pathways to Solve the Problem of Cryogenic Rocket Propellant Long Storage in Space // Proc. Int. Aerospace Congress. Moscow. Russia. Aug 15-19. 1994. V.1. P. 558-562.
2.Ананьев А.В., Миронов В.В., Моисеева Л.А., Черкасов С.Г. Анизотропное влияние естественной конвекции на температурное поле в емкости при наличии устойчивой температурной стратификации // Изв. РАН. МЖГ. 2015. №5. С. 96-106.
3.Городнов А.О.. Математическое моделирование сопряженной естественной конвекции в паре и жидкости при бездренажном хранении криогенных компонентов топлива // Математическое моделирование и численные методы. 2020. №3. С. 47-67.
Анатолий Олегович Городнов
Санкт-Петербургский государственный университет
Рис. Коэффициенты скорости энергообмена для переходов с 1, 5 и 10-го колебательного уровня, рассчитанные по модели FHO-FR (точки) и их регрессионные аппроксимации (пунктирные линии)
В данной работе представлен эффективный алгоритм для решения задач неравновесной газовой динамики с учётом детальной поуровневой колебательной кинетики. Одним из недостатков классических методов является их высокая вычислительная сложность, которая требует больших затрат по времени и памяти. В работе изучены возможности использования прогнозирования скорости релаксации для повышения производительности численного моделирования неравновесных течений кислорода и NO-содержащих смесей вместо прямых вычислений. Для этого был применен подход, основанный на нелинейном регрессионном анализе. Он позволил получить набор вычислительно эффективных аппроксимационных формул для расчёта коэффициентов скорости энергообменов в модели нагруженного гармонического осциллятора с учетом свободных вращений (FHO-FR). Также значительно увеличилась скорость вычислений с сохранением точности и была построена оптимизированная модель FHO-FR-reg. Полученные регрессионные формулы были использованы для численного моделирования, что позволило выполнить валидацию модели для задач, в которых рассматривались течения кислорода и NO-содержащих смесей за падающей и отраженной ударными волнами. До этого произвести сравнение моделей нагруженного гармонического осциллятора (FHO) и FHO-FR было невозможно из-за высокой вычислительной сложности модели со свободным вращением. Сравнение результатов стало возможным после разработки FHO-FR-reg, дающей набор эффективных аппроксимаций. В ходе численных расчетов было показано, что для рассматриваемого температурного диапазона значения газодинамических параметров, получаемые при использовании модели FHO-FR-reg, близки к результатам, рассчитанным по модели FHO. Однако, предложенная модель может быть применена на более высоких температурах, чем FHO, и позволяет ускорить в несколько раз процесс моделирования релаксации кислорода и NO-содержащих смесей. Результаты работы были опубликованы [1].
Работа Исакова А. А. и Гориховского В. И. выполнена при финансовой поддержке СПбГУ (ID проекта 94034084), Мельника М. Ю. при поддержке Фонда развития теоретической физики и математики «Базис» (грант 22-1-1-17-3)
1. Isakov A. A., Gorikhovskii V. I., Melnik M. Yu. Regression Models for Calculating State-to-state Coefficients of the Rate of Vibrational Energy Exchanges // Vestnik St. Petersburg University, Mathematics. 2024. Vol. 57, No. 2. P. 226–235.
Андрей Алексеевич Исаков
НИИ механики МГУ им. М. В. Ломоносова
Исследована эффективность закачки углекислого газа в водонасыщенный пласт в целях его захоронения и уменьшения антропогенного влияния. Задача закачки углекислого газа через вертикальную скважину в однородный анизотропный водонасыщенный пласт рассматривалась в осесимметричной постановке. Безразмерные уравнения, описывающие несмешивающееся вытеснение пластовой воды газом, позволяют выделить пять критериев подобия, которые можно рассматривать в качестве параметров отбора подходящего для хранения углекислого газа пласта.
С использованием численного моделирования рассчитаны локальная, объемная и сводная эффективности закачки в типичных для реальных объектов диапазонах критериев подобия. Выделены предельные случаи, в которых найдены коэффициенты зависимостей эффективностей от критериев подобия. Для переходных режимов построены карты для двух различных значений максимального капиллярного давления.
Ирина Михайловна Сыпченко
НИИ Механики МГУ
Закачка воды или газа в геологический пласт через нагнетательные скважины сопровождается различными эффектами, такими как гравитационное расслоение вытесняющей и вытесняемой жидкостей, капиллярной пропиткой пористой среды и сложным процессом массообмена между пластом и скважинами. Такие течения нельзя описать с помощью простых линейных моделей [1]. Процесс вытеснения изучался многими исследователями ранее (например, [2]), однако в большинстве случаев используются инженерные подходы при изучении конкретных пластов. В данной работе предлагается более системный подход к исследованию вытеснения с помощью определения безразмерных критериев подобия. В рамках профильной двухмерной задачи фильтрации исследуются режимы вытеснения жидкости из анизотропного пласта, вскрытого системой вертикальных скважин. В настоящей работе установлено, что в общем случае процесс вытеснения характеризуется пятью критериями подобия, один из которых, Λ, определяет характеристики потока жидкости из скважины в пласт. Большим значениям Λ соответствует более эффективное вытеснение жидкости. В некоторых асимптотических режимах вытеснения число определяющих параметров подобия может снижаться. Поэтому была построена диаграмма режимов вытеснения, в которой ограничены области влияния критериев подобия и обнаруженные асимптотические случаи. В рамках данной работы исследовано влияние критериев подобия на эффективность вытеснения: коэффициенты извлечения пластовой жидкости и охвата пласта вытеснением. Результаты настоящего исследования могут быть полезны для оценки эффективности различных методов разработки месторождений в нефтегазовой отрасли.
Анна Игоревна Андреева
Национальный исследовательский Томский государственный университет
Развитие технологий в промышленности и энергетике требует создания новых энергоэффективных систем охлаждения и терморегуляции. Интересным объектом исследования являются вращающиеся системы, которые можно встретить в различных инженерных задачах. Например, вращающиеся системы используются в проектировании роторных теплообменников [1], а также в системах хранения и рекуперации тепловой энергии [2]. Не менее актуальной задачей является проектирование систем охлаждения электронного оборудования [3].
В данной работе проводится анализ режимов естественной конвекции и радиационного теплообмена во вращающейся кубической полости при наличии плоского источника тепловой энергии на нижней стенке. Вращение полости происходит с постоянной угловой скоростью вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр области решения (см. Рис.). Все поверхности полости и источника являются отражателями и излучателями энергии теплового излучения, при этом среда является диатермичной. Полость заполнена ньютоновской несжимаемой жидкостью с теплофизическими параметрами, не зависящими от температуры.
Система основных уравнений записана в безразмерном виде с использованием преобразованных переменных «векторный потенциал – вектор завихренности» [4]. Результаты численного моделирования получены в широком диапазоне изменения числа Тейлора (Ta = 10³–10⁶), числа Рэлея (Ra = 10³–10⁶) и коэффициента излучения поверхностей (e=0–0.9). Проанализировано влияние управляющих параметров на интенсивность конвективного и радиационного теплообмена.
Работа выполнена в рамках реализации проекта Российского научного фонда (соглашение № 24-19-00632 от 06.05.2024).
1. Alhusseny A., Turan A., Nasser A. Rotating metal foam structures for performance enhancement of double-pipe heat exchangers. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2017. Vol. 105. P. 124–139.
2. Junfei Guo, Bo Yang, Ze Li, Liu Lu, Xiaohu Yang, Ya-Ling He. Charging characteristics of finned thermal energy storage tube under variable rotation. Applied Thermal Engineering. 2024. Vol. 236. Art. 121887.
3. Jin L.F., Tou K.W., Tso C.P. Experimental and Numerical Studies an a Rotating Cavity with Discrete Heat Sources with Conjugate Effects, Experimental Heat Transfer: A Journal of Thermal Energy Generation, Transport, Storage, and Conversion. 2005. Vol. 18. № 4. P. 259–277.
4. Mikhailenko S.A., Sheremet M.A. Convection in a differentially heated cubic cavity rolling about horizontal axis. International Journal of Thermal Sciences. 2022. Vol. 179. Art. 107639.
Степан Андреевич Михайленко
ИСП РАН
На мини-треке слушатели смогут познакомиться с работой в программном комплексе DigiTEF и проведут моделирование классических задач аэро- и гидродинамики. Данный программный продукт разрабатывается на базе свободно-распространяемых программ с открытым исходным кодом OpenFOAM, FreeCAD, ParaView и обладает пользовательским графическим интерфейсом. Разработка на основе программ с открытым исходным кодом позволяет снять ограничения на количество пользователей, ячеек расчетной сетки и используемые ядра (снизить экономические затраты на вычисления и дальнейшее использование). За счет синхронизации технологического уровня с международным сообществом дает возможность использовать современные модели и алгоритмы, а также разрабатывать дополнительные компоненты в соответствии с конкретными требованиями. В отличие OpenFOAM обладает графическим интерфейсом и большим количеством реальных примеров, что позволяет существенно упростить работу и снизить порог входа.
Проведение мини-трека планируется с использованием виртуального рабочего места на суперкомпьютерах ИСП РАН.
Дарья Игоревна Романова
ОИВТ РАН
В лабораторных исследованиях смешения газов и для контроля атмосферы на промышленных и энергетических объектах часто требуется быстрое детектирование возникающих газовых потоков и определение их состава. Мотивацией к данной работе послужили результаты исследований, представленных в работе [1]. Распространение фронта пламени от эксперимента к эксперименту при одинаковых начальных условиях может разниться до 15%. В этом ключе важно знать концентрацию и гомогенность смеси. В обзоре [2] обобщены исследования термокондуктометрических датчиков на основе линейных наноструктур и представлены пределы измерения, обычно до 1000 ppm, и времена отклика в единицы секунд.
В работе предложена схема включения двух кондуктометрических датчиков (рисунок 1) для одновременного измерения скорости и концентрации водорода в потоке.
Рисунок 1. Схема сборки из двух датчиков: 1 – датчики IST FS7, 2 – проницаемые колпачок, 3 – корпус сборки
Были подготовлены три независимых градуировочных стенда. Проведены градуировочные эксперименты в диапазоне концентраций водорода от 0 до 100 об.% и скоростей от 0 до 1.84 м/с, а также проведены эксперименты по определению влияния давления газа от 0.1 до 6 атм (абсолютных) на величину сигнала. Построены эмпирические зависимости скорости потока и концентрации водорода при известном давлении. В качестве результата показано, что сборки из термокондуктометрических датчиков могут быть использованы для обнаружения выбросов водорода.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда, грант №. 23-29-00267.
1. Elyanov A.E., Gavrikov A.I., Golub, V.V., Mikushkin A.Y., Volodin, V.V. Propagation dynamics uncertainty analysis of a premixed laminar unstable hydrogen-air flame //Process Safety and Environmental Protection. 2022. Т. 164. С. 50-56.
2. Sangchap M., Hashtroudi H., Thathsara T., et al. Exploring the promise of one-dimensional nanostructures: A review of hydrogen gas sensors // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 50 A. P. 1443–1457.
Артём Евгеньевич Ельянов
ИТПМ СО РАН
В докладе представлены результаты экспериментального и численного моделирования трехмерного дозвукового ламинарно-турбулентного обтекания модели стреловидного крыла «СК45» [1] с углом стреловидности χ = 45° и хордой С = 700 мм, установленного под углом атаки α = −5° к набегающему потоку (со скоростью Q в диапазоне от 20 до 48 м/c) в рабочей части малотурбулентной аэродинамической трубы Т-324 ИТПМ СО РАН.
При помощи оригинального метода количественной термометрии [2], получена обширная экспериментальная база данных о положении и характеристиках ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) на стреловидном крыле, вызванного развитием стационарных вихрей поперечного течения (CF-вихрей), инициируемых распределенными шероховатостями с детально задокументированными характерис-тиками. В проведенных экспериментах варьировались высота и тип шероховатости, ее спектральный состав, положение и протяженность вдоль хорды СК45. Численное моделирование задачи проводилось с помощью вычислительной технологии интеграции газодинамического пакета ANSYS Fluent с модулем LOTRAN [3]. Для определения пороговых значений N-факторов перехода использовались экспериментальные данные. Получены зависимости критических N-факторов для CF-вихрей в широком диапазоне скоростей течения, типов и высот шероховатостей, а также их положения. Получены обобщающие зависимости критических N-факторов от среднеквадратичных высот шероховатостей hrms для средневзвешенных положений начала (MTrO) и конца (MTuO) ЛТП, а также появления первого турбулентного клина (UTrO) и окончательного формирования полностью турбулентного погранслоя (DTuO). Получена оценка безразмерных величин hrms для начала нелинейной восприимчивости погранслоя к таким шероховатостям. На рис. приведен характерный пример определения линий начала и конца ЛТП по термограмме обтекаемой поверхности (a), а также соответствующих кумулятивных функций распределения вероятности для этих линий (b).
Работа выполнена при поддержке РНФ (Грант No. 23-19-00644).
1. Borodulin, V. I., Ivanov, A. V., and Kachanov, Y. S. Roughness induced transition delay in a swept-wing boundary layer in presence of freestream disturbances, Part 1: Turbulence effects // European Journal of Mechanics - B/Fluids, Vol. 103, 2024, pp. 193–207.
2. Boiko, A. V., Ivanov, A. V., Borodulin, V. I., and Mischenko, D. A. Quantification technique of transition to turbulence in boundary layers using infrared thermography // International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 183, No. Part A, 2022, pp. 122065.1–122065.11.
3. Boiko, A. V., Demyanko, K. V., and Nechepurenko, Y. M. On computing the location of laminar–turbulent transition in compressible boundary layers // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling, Vol. 32, No. 1, 2017, pp. 1–12.
Дмитрий Алексеевич Мищенко
Институт гидродинамики имени М.А. Лаврентьева СО РАН
Исследуется проблема динамического краевого угла для процессов растекания жидкости по твердой поверхности, возникающая вследствие несовместимости условий на свободной границе и условий прилипания на твердой стенке в окрестности движущейся линии контакта трех фаз, если угол натекания отличен от 180° [1]. Для замыкания постановки задачи о движении вязкой несжимаемой жидкости при наличии движущейся линии трехфазного контакта используется замена условия прилипания условием неполного проскальзывания.
Рассматривается плоская задача о симметричном заполнении капилляра. В первом случае капилляр заполняется вязкой несжимаемой жидкостью, во втором случае – несжимаемой жидкостью второго порядка. Модель жидкости второго порядка используется для описания движения водных растворов полимеров с учетом релаксационных свойств среды. Уравнения релаксирующей жидкости рассмотрены в постановке Павловского в предельном случае малых времен релаксации [2]. Исследуется течение жидкости в окрестности линии трехфазного контакта при различных значениях угла натекания и различных условиях на твердой границе. Ранее такие течения считались изотермическими и влияние температурных эффектов на них не рассматривалось.
Задача о течении жидкости в окрестности точки трёхфазного контакта была решена численно методом конечных элементов в открытом пакете FreeFEM++ для значений краевого динамического угла 90° и 180°. Было показано, что для значения краевого динамического угла 90° жидкость нагревается вследствие диссипации вблизи точки трёхфазного контакта при замене условия прилипания на твёрдой стенке на условие неполного проскальзывания на малом расстоянии от точки контакта трёх фаз. При замене на условие полного проскальзывания и при значении динамического угла 180° нагрева не происходит.
Виктория Борисовна Неверова
Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова
Теплообмен, возникающий между высокоскоростным газовым потоком и обтекаемыми стенками в нестационарных пограничных слоях вносит значительные изменения в характер обтекания и состояние среды. За последние годы большое распространение в теплофизических задачах изучения характеристик теплообмена приобрел эмпирический метод регистрации температурных полей – инфракрасная термография [1]. В настоящей работе продемонстрирована возможность бесконтактной визуализации тепловых полей на обтекаемых поверхностях в разрывных течениях с использованием инфракрасной термографии. Исследуется эволюция нестационарного нагрева и охлаждения внутренних поверхностей канала ударной трубы (24х48 мм) сверхзвуковым пограничным слоем в зоне препятствия до 50 мс после прохода ударной волны (УВ).
Панорамная тепловизионная визуализация проводилась при помощи высокоскоростной инфракрасной камеры с рабочим диапазоном 1.5 – 5.1 мкм при дифракции плоской УВ и установлении сверхзвукового обтекания на прямоугольном препятствии (6х2х48 мм), вмонтированном на нижней стенке канала рабочей камеры поперек течения. Изменяющаяся скорость течения в канале ударной трубы измерялась трассированием потока на основе теневого метода высокоскоростной камерой с частотой съемки 100 кГц и экспозицией 1 мкс. Время изменения скорости потока в канале по оценке трассерной визуализации 30 – 40 мс.
Изменение температуры газа на фронте УВ и в сверхзвуковом потоке за ней приводит к соответствующему изменению во времени тепловых потоков на обтекаемых поверхностях [2]. В наветренной области у кромки препятствия последовательные изменения конфигурации течения и состояния пограничных слоев реализуют набор тепловых полей на стенках канала, отвечающих взаимодействию нестационарного течения с препятствием и эволюции приповерхностного спутного потока на них. Таким образом, тепловизором за время интеграции камеры регистрируется изменение тепловых потоков на поверхностях канала – в приповерхностном пограничном слое (Рис. 1).
Интенсивные области инфракрасного излучения на первом кадре (после дифракции УВ, M = 2.6), отражают нагрев поверхностей канала за счет энергообмена с формирующейся зоной двойного ударного сжатия перед препятствием в спутном потоке (Рис. 1 левый). Затухание потока с приходом в область рабочей камеры холодного газа (контактной поверхности, 400 – 600 мкс от прохода УВ) существенно снижает температуру потока с соответствующим охлаждением поверхностей стенок канала. Визуализируются области остаточного нагрева у наветренной стенки препятствия, где ввиду наличия зоны отрыва минимален унос тепла. После τ ≈ 10 мс регистрируется снижение интенсивности теплового излучения от ранее нагретых участков до уровня фона. В дальнейшем наветренная сторона препятствия продолжает охлаждаться вплоть до времени τ ≈ 25 мс (Рис. 1 правый), с последующим медленным восстановлением на временах τ ≈ 50 мс.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 23-19-0096.
[1] Carlomagno G.M., Cardone G. Infrared thermography for convective heat transfer measurements // Exp. Fluids. 2010. V. 49. № 6. P. 1187-1218.
[2] Знаменская И.А., Муратов М.И., Карнозова Е.А., Луцкий А.Е. Визуализация тепловых потоков в высокоскоростном течении за ударной волной // Научная Визуализация. 2023. Т. 15. № 3. С. 92-100.
Мурат Ильмдарович Муратов
Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, Московский физико-технический институт
Разработаны экспериментальные установки для управления трением и массообменом элементов летательной техники в газокапельных потоках, оптимизации аэрогидродинамических сил водоступных механизмов, аквапланирования и ряда своеобразных физических явлений, сопровождающих взаимодействие жидкости с гидрофобными и льдофобными покрытиями, состоящими из разных типов материалов, поверхности которых обладают микро- и нано- рельефом. Импульсная аэрогидромеханическая установка позволяет исследовать процессы, сопровождающие аквапаланирование и удары грунтозацепов радиоуправляемой модели о нестационарную границу двух сред и реализовать режимы от гребного режима до режима, при котором между жидкостью и быстро вращающимися лопатками формируется воздушный экран. За счет использования конфузора с высокой степенью поджатия с соплом Витошинского гидроустановка создает ламинарный поток без кавитации, позволяет проводить исследования как в открытой, так и закрытой рабочей части, осуществлять плавную регулировку скорости, обеспечивает удобcтво размещения измерительного оборудования, простоту конструктивных элементов, мобильность и надежность. Циркулярный стенд создан для исследования и управления ударом частиц и капель о гидрофобные покрытия в приложении к проблеме обледенения. Стенд не требует синхронизации частоты съемки камеры с оборотами вращения маховика и наряду с исследованиями взаимодействия одиночных частиц и капель аэрозольного потока с твердым телом и для проведения оптимизации формы аквапланирующих лопаток. Кроме того, в целях управления распадом пленки на ручейки, а ручейков на капли создана экспериментальная установка, которая позволяет исследовать течения жидкости по поверхности под разными углами, толщинами и скоростями жидкой пленки с учетом ее реологических свойств, которые усложняются как после прохождения волны кристаллизации, так и после удара о нее содержащихся в аэрозольном облаке кристаллов льда.
Иван Алексеевич Амелюшкин
Институт теории прогноза землетрясений и математической геофизики Российской академии наук, Москва, Россия
В настоящее время известно, что в ряде спиральных галактик присутствуют слабые (порядка единиц мкГс [1]) магнитные поля. Их развитие главным образом обусловлено механизмом динамо [2], связанным со спиральностью турбулентных движений галактического вещества и дифференциальным вращением, в то время как турбулентная диффузия, напротив, приводит к размытию крупномасштабных структур поля. В некоторых случаях (например, в Млечном Пути) [4] можно наблюдать смену направления вектора магнитной индукции по мере удаления от центра галактики. Такое явление носит название инверсий галактического магнитного поля.
Предположительно за возникновение инверсий отвечает мелкомасштабное поле, генерирующееся в начале формирования галактики и носящее случайный характер [3]. Тем не менее, есть основания полагать, что со временем крупномасштабные структуры поля приобретают осевую симметрию. Таким образом, инверсии магнитного поля, предположительно, должны возникать в радиальном направлении [5].
Кроме того, предположительно, галактическое магнитное поле в зонах постоянного направления со временем устанавливается на определенном значении, обусловленном параметрами динамо. В настоящей работе было приведено численное исследование таких областей галактики методом Галеркина, где в качестве базисных функций были взяты полиномы Чебышева.
На рисунке 1 показана угловая компонента поля с установившейся пространственной инверсией в радиальном направлении.
Исследование выполнено за счет гранта Российского Научного Фонда № 22-17-00114 “Вычислительные задачи геофизической магнитогидродинамики”.
Татьяна Тимуровна Хасаева
Моско́вский госуда́рственный университе́т и́мени М. В. Ломоно́сова
Детонация в большинстве случаев является нежелательным процессом, нарушающим условия получения, хранения или эксплуатации горючих смесей, поэтому ее предотвращение – весьма актуальная задача во многих сферах народного хозяйства. Настоящая работа посвящена теме ингибирования детонации смеси водорода с воздухом путем добавления в эту газовую смесь небольшого по относительному объему количества газообразного углеводородного ингибитора. В качестве подобного ингибитора выступает пропилен – один из простейших непредельных углеводородов. Сам по себе пропилен при этом горюч, так что его добавка не уменьшает калорийность газовой смеси, тем не менее опыты показывают, что при добавлении от 2 до 3% пропилена в стехиометрическую смесь водорода с воздухом, эта смесь перестает детонировать. В [1] было показано, что причина ингибирования детонации в этом случае – изъятие из реакционной цепи атомарного водорода за счет гидрирования пропилена с образованием тяжелого радикала пропена. Этот радикал, хоть и вовлекается в цепь химических реакций, но менее активно, чем атомарный водород, и тем самым время задержки химической реакции возрастает. Увеличение же задержки химической реакции приводит к тому, что детонационная волна расщепляется на лидирующую ударную волну и отстающую от нее волну горения. Тем самым детонация смеси подавляется. Ингибирование детонации тем самым отнюдь не означает подавление самой химической реакции, таковая может даже усилиться за счет горючих свойств углеродного ингибитора. Но сопровождающие детонацию ударно-волновые явления и практически мгновенное распространение пламени – подавляются.
- Азатян В.В. Цепные реакции в процессах горения, взрыва и детонации газов. ХиМические Методы управления. – М.: Изд-во РАН, 2020.
Елена Викторовна Михальченко
Национальный исследовательский Томский государственный университет
В работе изучается конвективное течение и теплообмен в замкнутой двумерной области при наличии пористой вставки и источника периодического тепловыделения (см. рис. 1). Горизонтальные стенки полости теплоизолированы, боковые стенки поддерживаются при постоянной температуре охлаждения. Течение считается ламинарным, и выполнены условия приближения Буссинеска. Рабочая полость заполнена ньютоновской теплопроводной средой, вязкость которой считается зависимой от температуры ͞μ(T)=μ0(-ζ[(T-Tc)/ΔT]), где при ζ = 0.0 рассматривается жидкость с постоянной вязкостью, ζ = 1.0 ‒ жидкость с переменной вязкостью. Тепловыделение от источника происходит по закону Q(t)=0.5Q0[1-cos(ft)], где f ‒ частота тепловыделения. Для моделирования пористой среды используется модель Дарси-Бринкмана [1].
Система дифференциальных уравнений в частных производных была записана в преобразованных безразмерных переменных «функция тока ‒ завихрённость ‒ температура» и решена с помощью метода конечных разностей на равномерной структурированной сетке. В качестве граничных условий на границах раздела сред (пористая среда/чистая среда, пористая среда/нагреватель) были рассмотрены соотношения четвёртого рода для температуры и гидродинамических функций.
В качестве результатов были получены распределения изолиний функции тока и температуры, а также временные зависимости интегральных характеристик для различных значений определяющих безразмерных параметров, а также показаны эффективные режимы работы изучаемой системы охлаждения.
Работа выполнена в рамках реализации проекта Российского научного фонда (соглашение № 24-19-00632 от 06.05.2024).
1. Astanina M.S., Sheremet M.A., Mahabaleshwar U.S., Singh J. Effect of Porous Medium and Copper Heat Sink on Cooling of Heat-Generating Element // Energies. 2020. Vol. 13. №10. Art. 2538.
Марина Сергеевна Астанина
