НИИ механики МГУ им. М.В. Ломоносова
Работа посвящена экспериментально-теоретическому исследованию работы насоса Кдудсена, сконструированного с применением технологий 3D-микропечати, а также мембранных технологий. Насос Кнудсена, основанный на эффекте температурной транспирации, проявляющемся при конечных и высоких числах Кнудсена, был описан еще в начале 19го века [1]. В последние годы данное устройство получило новый всплеск интереса [2-3]. благодаря развитию микро- и мембранных технологий, которые позволили создать прототипы, работающие при обычных атмосферных давлениях. В настоящей работе в качестве микроразмерных ступеней устройства были взяты мембраны с субмикронным размером пор, а перепад температур на сторонах мембран осуществляется за счет напечатанных на 3D-принтере решеток микроканалов, по которым течет горячая и холодная вода (см. Рисунок).
В работе экспериментально исследована зависимость эффективности работы устройства от размера пор мембран, их толщины, перепада температур между холодными и горячими секциями, а также количества секций. Показано хорошее количественное и качественное соответствие между экспериментом и результатами численных расчетов, а также существующих теоретических формул.
Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (грант № 23-71-10057).
1. Knudsen M. Thermischer molekulardruck der gase in röhren //Annalen der Physik. – 1910. – Т. 338. – №. 16. – С. 1435-1448.
2. Wang X. et al. Knudsen pumps: A review //Microsystems & Nanoengineering. – 2020. – Т. 6. – №. 1. – С. 26.
3. Kosyanchuk V., Kovalev V., Yakunchikov A. Multiscale modeling of a gas separation device based on effect of thermal transpiration in the membrane //Separation and Purification Technology. – 2017. – Т. 180. – С. 58-68.
Василий Викторович Косьянчук
ОИВТ РАН
Приоритетным направлением повышения топливной эффективности летательных аппаратов считается снижение вязкого турбулентного трения при обтекании несущих поверхностей [1]. Развитие ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) на стреловидных крыльях современных самолетов обусловлено неустойчивостью поперечного течения (НПТ). В условиях крейсерского полета переход вызывается стационарной модой, возбуждаемой шероховатостью обтекаемой поверхности [2-3]. В данной работе выполнено экспериментальное исследование управления ЛТП, вызванного стационарными вихрями НПТ, с помощью многоканального плазменного актуатора на основе диэлектрического барьерного разряда. В качестве стратегии управления ЛТП рассматривался метод противофазного подавления первичных мод пограничного слоя. Эксперимент проводился в дозвуковой низкотурбулентной аэродинамической трубе незамкнутого типа при скорости набегающего потока 25м/с и уровне турбулентности 0.05% в полосе частот 10-1000Гц. Трехмерный пограничным слой создавался на модели скользящего крыла с углом стреловидности 40град. и наведенным градиентом давления (рис.1а). Диагностика течения осуществлялась с помощью метода цифровой трассерной визуализации (PIV) и термоанемометрии. Многоканальный актуатора состоит из 16 разрядных ячеек с независимым питанием, которых размещался на расстоянии 100мм от передней кромки модели. Целевые возмущения создавались искусственной одиночной и бинарно стохастической шероховатостями с высотами 80-200мкм, локализованные на расстоянии 60-70мм от передней кромки модели. Реализация управления осуществлялась схемами с разомкнутой и замкнутой петлями обратной связи (рис.1б). Задача оптимизации состояла минимизации квадратичной нормы трансверсального профиля скорости в пограничном слое на некотором расстоянии от передней кромки модели в пространстве управляющих напряжений многоканальной системы. Показано снижение амплитуды естественных возмущений на 80%. Кроме того, для следа за одиночной неровностью продемонстрировано смещение точки перехода вниз по потоку на 18% от хорды модели (рис.1в-г).
Александр Янович Котвицкий
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Рис. 1. Вторичные стационарные течения около крылового профиля. Линии тока для m=0.3 a) β=20 , u^st=0.0069 k, б) β=300, u^st=-0.003 k, в) β=4∙(10)^5, u^st=0.23 k. β вычислено по длине хорды.
Взаимодействие колеблющихся тел с жидкостью изучалось еще Стоксом XIX веке [1]. Однако и сегодня исследования в этой области остаются актуальными во многих новых прикладных областях. Для решения данного типа задач прямым численным моделированием требуются большие вычислительные и временные ресурсы. Асимптотические методы наилучшим образом работают для случая круглого цилиндра, а при переходе к некруглой форме сечения решение значительно усложняется.
Целью работы является изучение общих структурных особенностей течений, индуцированных колебаниями тел, и определение гидродинамических характеристик. Для этого реализуется аналитико-численная модель, основанная на асимптотических методах и численном моделировании.
В рамках настоящей работы исследовались колебания цилиндрических тел разной формы поперечного сечения. Апробация разрабатываемого метода была проведена на задаче о поступательных колебаниях круглого цилиндра, так как в данном случае существует известное аналитическое решение [2], с которым и сравнивались полученные результаты. В первом приближении на самой грубой рассматриваемой сетке с n = 256x256 узлами погрешность не превышает 0.82%. Во втором приближении погрешность не превышает 2% на наилучшей сетке с n = 1024x1024 узлами.
Для цилиндров с сечениями в форме эллипса и профиля Жуковского найдены крейсерские скорости – скорости движения тела при нулевой средней за период колебаний силе (Рис. 1). Были вычислены гидродинамические силы и построены картины вторичных течений для рассматриваемых случаев.
В результате несимметричной формы, профиль может совершать направленное движение в жидкости даже при симметричном законе колебаний. Направление такого пропульсивного движения зависит от частоты колебаний.
Работа написана при поддержке гранта РНФ 22-79-10033.
1. Stokes G.G. On the effect of the internal friction of fluids on the motion of pendulums // Trans. Camb. Phil. Soc. 1851 V. 9, P. 8–106.
2. Nuriev, A.N., Zaitseva, O.N., Kamalutdinov, A.M., Bogdanovich, E. E., Baimuratova, A. R. Asymptotic Study of Flows Induced by Oscillations of Cylindrical Bodies. Fluid Dyn 59, 314–330 (2024). https://doi.org/10.1134/S0015462824602110
Елена Евгеньевна Богданович
Лаборатория электро- и гидродинамики микро- и наномасштабов, Финансовый университет при Правительстве РФ
Разработка лабораторий на чипе является актуальной задачей в области медицинской диагностики. К задачам, решаемым такими лабораториями, относится задача предварительного концентрирования аналита – биомолекул, по наличию или отсутствию которых можно определить заболевание. Предварительное концентрирование необходимо, поскольку молекул аналита может быть в исходном объёме настолько мало, что обычные тесты дадут ложноотрицательный результат. В последнее время эффект суперконцентрации [1, 2] приобретает всё большую популярность в качестве решения этой задачи. Этот эффект возникает около ионоселективных поверхностей и связан с конкуренцией механизмов транспорта ионов за счет электрического поля и градиента давления, концентрирование может достигать до миллиона раз от изначального. Однако до сих пор известно мало об условиях возникновения этого эффекта, поэтому требуется проведение дополнительных исследований.
В данном докладе будет представлены результаты асимптотического анализа, проведённого для относительно простой постановки с целью лучше разобраться в причинах появления эффекта суперконцентрации. В общем случае рассматривается задача течения тернарного несимметричного электролита в микроканале, на выходе которого находится ионоселективная мембрана, на входе задаётся плотность концентраций, между входом и выходом задана разность потенциалов и градиент давления. Задача описывается системой Нернста-Планка-Пуассона-Стокса.
В ходе асимптотического анализа было получено несколько приближенных решений для разных случаев, которые дают неплохое представление о поведении системы [3]. Анализ полученного в ходе асимптотического разложения внешнего и внутреннего решений показал сложную зависимость решения системы от зарядового числа третьего сорта ионов.
Работа выполнена при поддержке РНФ, грант № 22-29-00307.
1. Wang S.-C., Lai Y.-W., Ben Y. & Chang H.-C. Microfluidic Mixing by dc and ac Nonlinear Electrokinetic Vortex Flows // Ind Eng Chem Res. 2004. 43, 2902–2911.
2. Wang, S.-C. et al. Dynamic superconcentration at critical-point double-layer gates of conducting nanoporous granules due to asymmetric tangential fluxes. Biomicrofluidics 2, 14102 (2008).
3.Demekhin E.A., Ponomarev R.R., Alekseev M.S., Morshneva I.V., Ganchenko G.S. Electrokinetic instability of a highly charged and weakly diffusing analyte in a buffer electrolyte near an ion-selective surface // Eur. Phys. J. Spec. Top. 2024. https://doi.org/10.1140/epjs/s11734-024-01154-x
Максим Сергеевич Алексеев
Пермский государственный национальный исследовательский университет
Действие акустических полей на воздушные пузырьки в объеме жидкости активно исследуется многими научными коллективами на протяжении последних десятилетий. Изучаются поступательное движение этих пузырьков, колебания их поверхностей, явления коалесценции или кластеризации под действием ультразвука, которые обусловлены действием сил Бьеркнеса [1].
Повлиять на поведение пузырьков в жидкости с пузырьками может добавление солей и поверхностно-активных веществ (ПАВ), которые приводят к изменению размеров пузырьков, их объемной концентрации [2]. Эффекты, наблюдаемые при изменении концентрации солей и ПАВ, могут способствовать изменению динамики воздушных пузырьков в объеме жидкости. Целью настоящей работы является экспериментальное исследование воздействия ультразвука на воздушные пузырьки в жидкости с растворенными веществами - sodium dodecyl sulfate (SDS) и NaCl - и изучение эффектов, возникающих при импульсном воздействии ультразвука.
Экспериментальная установка включала в себя кювету из оргстекла. Для генерации пузырьков использовались асимметрично смачиваемая мембрана, водяной насос и воздушный компрессор. Насос создавал сдвиговый поток жидкости, срывавший воздушные пузырьки с поверхности мембраны, после чего пузырьки попадали под действие ультразвука 28 кГц в центральной части и снова вместе с жидкостью - в магистраль насоса. Пузырьки регистрировались с помощью двух камер: SSD камеры Basler acA1920-155um и высокоскоростной камеры Basler A504kc.
Проведены эксперименты при импульсном воздействии ультразвука с различными концентрациями SDS и NaCl. Исследования позволили изучить процесс дрейфа пузырьков и агломератов в растворах ПАВ, выявить зависимость диаметра и количества воздушных пузырьков от концентрации ПАВ, от времени и режима УЗ воздействия.
Исследование выполнено при поддержке из средств гранта Российского научного фонда (грант № 24-11-00269).
Анастасия Денисовна Садовникова
НИИ механики МГУ имени М.В.Ломоносова
Рассматривается влияние немодального механизма роста возмущений на рост собственных мод ламинарной осесимметричной затопленной струи воздуха (D=0.12 м, Re=5400). В пристенных течениях немодальный «lift-up» механизм играет значительную роль в линейном росте трехмерных возмущений, ускоряя рост кинетической энергии возмущений по сравнению с модальным механизмом. Теоретические исследования немодального механизма в неограниченных течениях, включая затопленные струи, были проведены лишь в последнем десятилетии [1], и впервые этот механизм был экспериментально обнаружен и изучен в работе [2]. Взаимодействие этих двух механизмов исследовано в недавней теоретической работе [3], которая показывает, что модулирование стационарными возмущениями основного течения способствует снижению инкремента роста наиболее растущей собственной моды течения.
В данном экспериментальном исследовании изучается четыре режима ламинарного струйного течения: без вносимых возмущений, с вносимыми гармоническими возмущениями при помощи осциллирующего кольца (увеличивают инкремент роста собственной моды), с вносимыми стационарными возмущениями (дефлектором – инициируют немодальный механизм) и комбинированное внесение гармонического и стационарного возмущений. Полученные результаты визуализационных и термоанемометрических экспериментов указывают на отсутствие влияния двух механизмов друг на друга.
Линар Рафаилович Гареев
Пермский государственный национально-исследовательский университет
Поведение пузырька вблизи твердых поверхностей, погруженных в жидкость, активно изучается на протяжении последних десятилетий [1]. В зависимости от смачиваемости поверхности различаются и наблюдаемые эффекты, поэтому необходимо осуществлять контроль за количественной характеристикой смачиваемости – контактным углом. Одним из методов управления контактным углом является воздействие ультразвука.
Целью настоящей работы является исследование влияния ультразвука на систему твердая поверхность – жидкость - пузырек воздуха. В качестве твердых поверхностей в экспериментах использовались пластины различной степени смачиваемости (кварц, акрил и тефлон). Характерный размер воздушного пузырька составляет ≈ 1 мм.
В экспериментах использовалась оргстеклянная кювета, имеющая форму параллелепипеда (1); в нижней части кюветы располагался источник ультразвука с частотой 28 кГц (2), в верхней – исследуемые пластины (5). Для регистрации изменения контактного угла использовались SSD камера Basler acA1920-155um (4) и коллимированный источник контрового света Telecentric HP illuminator (3), оснащенный телецентрическими макрообъективами. С использованием высокоскоростной камеры Basler A504kc была проведена серия экспериментов для изучения характеристик колебаний пузырька и их сравнения с теоретическими данными. Полученные в экспериментах фотографии обрабатывались с помощью алгоритма на Python, разработанного на основе тангенциального метода измерения контактного угла.
Найдено, что при воздействии ультразвука на пузырек вблизи твердой пластины из кварца пузырек не закрепляется на поверхности, между ними остается тонкий слой жидкости. Поскольку акустическое давление неоднородно вдоль поверхности пластины, пузырек перемещается в область более низкого акустического давления и осциллирует вблизи этого положения.
В экспериментах с более гидрофобными пластинами из акрила и тефлона пузырек закрепляется на твердой поверхности. Поверхность пузырька в этом случае колеблется с частотой, равной частоте собственных колебаний формы (мода k=2), что согласуется с теоретическим значением (см., например, [2]. Получены зависимости контактного диаметра, углов и высоты пузырька в зависимости от времени ультразвукового воздействия для твердых поверхностей с различной степенью смачиваемости.
Исследование выполнено при поддержке из средств гранта Российского научного фонда (грант № 24-11-00269).
1.Effect of gas input conditions and ultrasound on the dynamic behavior of flotation bubbles / Gao, K., Liu, H., Sun, L., Zhang, Z. // ACS Omega. – Vol. 7, no. 26. – P. 22326–22340.
2.Resonance oscillations of a drop (bubble) in a vibrating fluid / Lyubimov, D.V., Lyubimova, T.P., Cherepanov, A.A // Journal of Fluid Mechanics. – 2021. - Vol. 18. — P. 909.
Василий Андреевич Галишевский
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина» Министерства здравоохранения Российской Федерации
Заболевания периферических артерий широко распространены среди населения по всему миру. В частности, заболевания артерий и вен нижних конечностей способны приводить к инвалидизации, внезапной смерти в следствие эмболии легочной артерии, а также ухудшению уровня жизни ввиду ограниченной возможности передвижения больного [1]. Разрешение подобных заболеваний производится как правило эндоваскулярно с применением установки стентов, тромб-экстракции или ангиопластики [2].
Однако, применяемые подходы сталкиваются с такими ложностями как излом или смещение стентов, закупоривание сформированных шунтов и другие. Существенно повысить уровень понимания гемодинамики кровеносных сосудов нижних конечностей способно персонализированное моделирование, а также лабораторные эксперименты, описывающие подобные течения.
В работе описан подход к персонализированному моделированию кровотока в поверхностной бедренной артерии при установке в нее стента [3], а также лабораторных подход к моделированию пульсирующего течения в модели поверхностной бедренной артерии при сгибании модели конечности в суставе. Получены перераспределения кровотока после операции по сравнению со случаем до операции и здоровой артерией (второй конечности) того же пациента, а также проведены измерения давления в экспериментальном гидродинамическом контуре.
1.The top 10 causes of death. World Health Organization. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/the-top-10-causes-of-death
2. Colombo, M., He, Y., Corti, A. et al. Baseline local hemodynamics as predictor of lumen remodeling at 1-year follow-up in stented superficial femoral arteries. Sci Rep 11, 1613 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-020-80681-8
3. Куянова Ю.О., Гостев А.А., Паршин Д.В. Гемодинамика поверхностной бедренной артерии: клинический случай, Российский журнал биомеханики, 2024 (Принята к печати).
Денис Вячеславович Тихвинский
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Изучается ряд задач о взаимодействии ударной волны с эллипсоидальным пузырем газа повышенной плотности различной конфигурации: горючий пузырь в инертном газе и инертный пузырь в горючем газе, в том числе при расположении пузыря вблизи твердой стенки. Исследование проводится численно, на основе уравнений Эйлера, с помощью конечно-разностных методов семейства WENO повышенных порядков аппроксимации, адаптированных для течений с ударными волнами и резкими границами раздела газов. Реакция горения газовой смеси моделируется с помощью модельной двухстадийной кинетики Коробейникова-Левина.
Описан ряд качественно различных режимов инициирования детонации: прямое инициирование, инициирование при отражении, преломлении и фокусировке вторичных волн внутри или снаружи пузыря. Показано, что режимы инициирования детонации существенно зависят как от интенсивности ударной волны, так и от формы пузыря. На основе серий расчетов построены диаграммы режимов инициирования детонации для различных конфигураций течения и показано, что эффект фокусировки ударной волны позволяет достичь успешного инициирования детонации при принципиально меньшей интенсивности падающей волны по сравнению с прямым инициированием, с простым отражением волны от стенки и с взаимодействием волны с твердыми телами той же формы. Столь существенное снижение пороговой интенсивности ударной волны при взаимодействии с пузырем может быть положено в основу разработки новых методов газодинамического инициирования детонации в перспективных системах высокоскоростного сгорания горючих газовых смесей.
Олег Георгиевич Сутырин
Научно-исследовательский институт механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Рассматривается сверхзвуковой турбулентный пограничный слой на пластине при нулевом продольном градиенте давления. Разработана рациональная асимптотическая теория, главными элементами которой являются условия замыкания, связывающие турбулентное касательное напряжение и турбулентный поток тепла с градиентами усредненной скорости и энтальпии, и решение уравнений Рейнольдса для сжимаемого газа в трех характерных областях течения (вязкий подслой, логарифмический подслой, внешняя область пограничного слоя) с последующим асимптотическим сращиванием. Теория не предполагает использования каких-либо частных гипотез о характере турбулентного обмена и фактически основывается только на первых принципах.
Установлена связь между скоростью и температурой в логарифмической области (интеграл Крокко) в виде двучленного разложения по малому параметру задачи, который имеет порядок числа Маха, вычисленного по динамической скорости и температуре газа на стенке. В нулевом приближении эта связь совпадает с известным уравнением Вальца.
Законы стенки для скорости и температуры также построены как разложения по малому параметру. Главный член разложения для скорости совпадает с формулой Ван Дриста, однако закон стенки содержит еще слагаемое порядка единицы, наличие которого и объясняет расхождение формулы Ван Дриста с экспериментальными и расчетными данными. Наряду с постоянной Кармана и турбулентным числом Прандтля в логарифмической области, которые известны для течения несжимаемой жидкости, теория содержит три новые универсальные постоянные, которые также характеризуют гидродинамические и тепловые процессы в инерционной области. Они определены из сопоставления с данными прямого численного моделирования для профилей скорости и температуры.
Алексей Игоревич Агеев
ИПФ РАН
В районах прикромочной зоны морского льда [1] наблюдается существенное расхождение между результатами прогноза моделей метеорологической обстановки и ветрового волнения с данными наблюдений, что связано с недостаточным учетом влияния льда в используемых параметризациях обменных процессов. Ранее на прямых бассейнах ограниченной длинны [2, 3] исследовалось влияние плавучего льда на эволюцию волнения, сгенерированного волнопродукторами (не ветрового).
В настоящей работе представлены предварительные результаты исследований, выполненных на кольцевом ветро-волновом канале AELOTRON университета Гейдельберга (Франция). Было впервые смоделировано ветро-волновое взаимодействие в присутствии искусственного льда на поверхности. Измерения возвышения взволнованной поверхности и скорости ветрового потока выполнялись на чистой воде и при трех концентрациях искусственного льда (50%, 33%, 17% площади поверхности) в диапазоне скоростей ветра U10 от 7 до 16 м/с.
Был получен пороговый характер возбуждения длинных волн (длина волны много больше среднего размера элементов льда и расстояния между ними) – при фиксированной концентрации льда развитие длинных волн наблюдалось только при превышении пороговой скорости ветра. Чем выше плотность льда, тем выше был порог по скорости. Основываясь на свойстве автомодельности дефекта профиля скорости в воздушном канале [4] получена зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления водной поверхности от скорости ветра, которая сравнивалась с ранее полученными результатами для чистой поверхности воды. Оказалось, что несмотря на присутствие льда и пороговый характер возбуждения длинных волн, зависимости практически совпадают. Этот эффект может быть вызван комбинированным влиянием льда на шероховатость взволнованной поверхности: с одной стороны скоростей ветра он гасит волнение, а с другой за счет выступающих над поверхностью углов создает дополнительное сопротивление.
Максим Игоревич Вдовин
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Интерес к применению машущего крыла в качестве движителя для летательного аппарата связан с его высокой энергоэффективностью по сравнению с традиционными пропульсивными системами. Использование такого движителя выглядит особо перспективным для малогабаритных устройств, сравнимых с размером птиц или насекомых. Исследование машущего полета проводятся достаточно давно, начиная с 20х годов прошлого века. Большинство работ по этой теме посвящено определению оптимальным параметрам движения крыла и гораздо меньшее количество — влиянию геометрии крыла на характеристики пропульсивного движения.
В данном исследовании используются аналитический и численный подходы для изучения зависимости аэрогидродинамики машущего цилиндрического крыла от формы его поперечного сечения. Рассматриваются различные профили сечения крыла с варьированием геометрических параметров: эллиптический цилиндр с изменяемым соотношением полуосей b и симметричный сглаженный профиль Жуковского с изменяемым параметром r, отвечающим за заострение задней кромки. Задача о машущем движении крыла в вязкой несжимаемой жидкости решается в двумерной постановке. В работе исследуются крейсерские режимы движения тела, в которых средняя за период сила, действующая на тело со стороны жидкости, равна нулю.
В рамках аналитического подхода в работе была получена формула для определения значения крейсерской скорости движения. Численное моделирование на основе метода конечных объёмов дало возможность более детально исследовать влияние формы профиля на структуру потока и гидродинамические характеристики.
Результаты исследования показывают, что при заданных параметрах амплитуды КС, частоты β и угле Θ колебаний изменение геометрических параметров крыльев приводит к смене направления движения. Визуализация режимов движения для крыльев разной формы представлена на рисунке (см. Рис.).
При одних и тех же параметрах колебаний аэрогидродинамика машущих крыльев с разными, но близкими по форме, профилями может принципиально отличаться.
Ангелина Рафильевна Баймуратова
Институт механики сплошных сред Уральского отделения Российской академии наук, Пермь
Для оптимизации процессов в сонохимических реакторах исследователям приходится искать способы предотвращения кавитации, так как появление кавитационных пузырьков вблизи поверхности материала зачастую оказывается нежелательным [1]. Зоны кавитационной активности определяются различными способами, одним из которых является механический способ, основанный на эрозии поверхности. В качестве такой поверхности часто выступает алюминиевая фольга, позволяющая определить интенсивность кавитационных событий (foil test) [2]. Для визуализации при этом применяются тепловые карты, позволяющие получить данные о распределении кавитационной активности в двумерных сечениях реактора.
В настоящей работе разработан модифицированный метод foil test, позволяющий получить данные о пространственном распределении и временной динамике кавитационной активности в сонохимических реакторах с помощью трехмерных тепловвых карт. Определено влияний концентраций соли NaCl и ПАВ SDS на активность кавитационных событий в жидкости под действием ультразвука и их визуализация с использованием модифицированного метода foil test.
Для проведения эксперимента была изготовлена лабораторная установка, включающая в себя кювету из акрилового стекла, фольгу, натянутую на пластиковую рамку и источник УЗ 28 кГц; в качестве рабочих жидкостей использовались водные растворы с различными концентрациями SDS и NaCl. Для регистрации областей разрушения фольги применялись цифровая камера и контровый источник света; в результате получался набор фотографий, соответствующий одному вертикальному сечению реактора, обрабатываемый с использованием алгоритма на Python.
В результате исследования разработан модифицированный метод визуализации кавитационной активности на основе foil test с использованием тепловых карт, позволяющий проследить за ее пространственным распределением и временной динамикой в сонохимическом реакторе. Изменение концентраций соли и ПАВ позволило также определить их влияние на кавитационную активность.
Исследование выполнено при поддержке из средств гранта Российского научного фонда (грант № 24-11-00269).
Михаил Олегович Кучинский
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 лопатки турбины) образуется вихревой след с температурной стратификацией по сечению вихря: в центре вихря полная температура ниже начальной, а на периферии – выше. Для сверхзвуковых потоков [1] снижение адиабатной температуры стенки фиксируется в следе за обтекаемым препятствием в виде клина, ребра или ступеньки.
По-видимому, впервые данный результат был опубликован в работе Хилтона У.Ф. Было отмечено, что температура задней стенки цилиндра практически равняется статической температуре набегающего потока в то время, как в передней части температура близка к температуре торможения [2]. Результат был подтвержден в ряде последующих работ, а также интенсифицирован за счет взаимного влияния пары круговых цилиндров [3].
В данной работе представлены результаты визуализации поперечного обтекания цилиндра дозвуковым потоком воздуха, полученные методом PIV (система Полис). Экспериментальное исследование проводится на базе аэродинамической установки АР-2 на стационарном режиме при числах Маха набегающего потока до 0.7, давлении торможения до 150 кПа, температуры торможения до 20⁰С.
Рис. Пример PIV-визуализации поля скорости при обтекании цилиндра
1.Popovich S.S. Aerodynamic cooling of the wall in the trace of a supersonic flow behind a backward-facing ledge // Fluid Dynamics. 2022. Vol. 57. N. 1. P. 57–64.
2. Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С., Попович С.С. Коэффициент восстановления температуры в сжимаемом турбулентном пограничном слое // Теплофизика высоких температур. 2022. Т. 60. № 3. С. 455-480.
3.Виноградов Ю.А., Здитовец А.Г., Киселёв Н.А., Попович С.С. Экспериментальное исследование энергоразделения при поперечном обтекании пары круговых цилиндров сжимаемым потоком воздуха // Известия РАН. МЖГ. 2023. № 2. С. 102–112.
Сергей Станиславович Попович
НИИ механики МГУ
В инженерной практике традиционным методом распыла жидкостей является использование форсунок. Различают следующие типы форсунок: струйные, центробежные, пневматические (двухфазные), ударные, механические, акустические и т.п. В материалах коммерческих фирм (Lechler, Spraying Systems Co., Bete, Euspray и др.) часто используется собственная терминология (щелевые, вращающиеся, струйные с длинным соплом, ультразвуковые и пр.).
Процесс образования мелкодисперсного распыла довольно хорошо описан в литературе для различных типов форсунок. В механических (струйных, центробежных) и пневматических (воздушных, паровых) форсунках дробление истекающей из сопла пелены жидкости происходит под действием гидродинамических сил, вызванных разностью скоростей пелены жидкости и окружающей среды, с образованием отдельных сгустков в виде нитей и их дальнейшим распадом на капли. В ряде случаев имеет место многоплановое вторичное взаимодействие капель с несущим газовым потоком.
В данной работе для определения размера капель использовался панорамный теневой лазерный метод SSP (shadow photography) [1, 2], включающий в себя: систему освещения потока на основе двойного импульсного Nd:YAG лазера Beamtech, светорассеивающий экран для создания фоновой подсветки, цифровую ПЗС-камеру, объектив-микроскоп и синхронизирующий процессор Polis SP-10.0ПС. Цифровой анализ теневого SSP (shadow photography) изображения капель позволяет определить положение и границу объекта в момент фоновой подсветки лазером, что важно в задачах термоаэродинамики двухфазного потока.
Рис. Гистограмма распределения капель по размерам при распыле воды центробежной форсункой в атмосферу
1. Попович С.С., Виноградов Ю.А., Здитовец А.Г. Экспериментальное исследование термогазодинамики течения воздушно-капельного потока в плоском сверхзвуковом сопле // XIII Всероссийский Съезд по теоретической и прикладной механике: Сборник тезисов докладов. СпБПУ, 2023. С. 1051-1052.
2. Знаменская И.А. Методы панорамной визуализации и цифрового анализа теплофизических полей. Обзор // Научная визуализация. 2023. Т. 13, №. 3. С. 125-158.
Сергей Станиславович Попович
