Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа

Исследование стационарного осесимметричного течения Пуазейля ньютоновской жидкости, индуцируемого продольными градиентами давления и температуры, с коэффициентом динамической вязкости, зависящим от температуры, сведено к отысканию решений трёхпараметрической краевой задачи для обыкновенного дифференциального уравнения третьего порядка. В области пространства параметров, соответствующей отрицательному осевому градиенту температуры, существуют две ветви решений, описывающих течения, сопровождающиеся отводом тепла от жидкости. Смыкаясь, ветви образуют границу в фазовом пространстве, за пределами которой решения задачи пуазейлевского типа не существуют. Одна из ветвей продолжается в область неотрицательных значений продольного градиента температуры и содержит изотермическое решение Пуазейля. Вдоль этой ветви кривая зависимости расхода от безразмерного осевого градиента температуры имеет минимум в области положительных значений последнего. В этой части пространства параметров режим теплообмена с внешней средой зависит от соотношения между всеми тремя безразмерными комплексами задачи. Режим теплообмена влияет на характер течения, тормозя поток у твёрдой стенки при теплоотдаче, и формируя более наполненный профиль скорости при поглощении тепла жидкостью.

Исследуется эволюция во времени трёхмерной картины начальных возмущений, налагаемых на нестационарное течение, являющееся комбинацией одномерных rθ и rz-сдвигов ньютоновской вязкой жидкости в бесконечном по простиранию цилиндрическом слое. Заданы кольцевые и осевые скорости обеих цилиндрических границ, не меняющиеся в возмущённом движении. Приводится формулировка линеаризованной задачи в вариациях скоростей, скоростей деформаций, давления и девиатора напряжений. Для анализа данной задачи развивается метод интегральных соотношений, позволяющий получать в гильбертовом пространстве H2 достаточные оценки развития возмущений, в частности, устойчивости по Ляпунову и асимптотической устойчивости. В эти оценки входят как кинематические параметры основного течения, так и гармоники кольцевых и волновые числа осевых возмущений. В случае, когда основное движение в слое стационарно, имеют место экспоненциальные оценки устойчивости.

Рассматривается течение пара в щели между каплей жидкости и горячей стенкой, обусловленное испарением жидкости. Предполагается, что температура стенки превышает минимальную температуру пленочного кипения, и прямого контакта с жидкостью нет. Задача о подобном течении возникает, в частности, при моделировании закризисного теплообмена, когда капли из парожидкостного потока выпадают на нагреваемую поверхность и частично испаряются на ней, внося значительный вклад в теплопередачу. В рамках рассматриваемой задачи щель между каплей и стенкой предполагается плоской, течение пара — ламинарным и осесимметричным. Представлено точное решение соответствующей гидродинамической задачи.

Приводятся результаты экспериментальных и расчетных исследований развития двумерных детерминированных возмущений при неустойчивости Рэлея-Тейлора и перехода течения в турбулентную стадию на границе газ-жидкость. Эксперименты проводились на легкогазовой пушке. Возмущения на границе веществ создавались колебаниями пушки при помощи специального устройства. Длина волны возмущений варьировалась от 5.4 до 8.8 мм, амплитуда - от 0.3 до 0.4 мм, величина ускорения жидкого слоя - от 5.2 до 18.8 мм/мс2. В качестве жидкости использовалась вода, в качестве газа - сжатый воздух. Получены экспериментальные данные по переходу возмущений в турбулентную стадию. Эксперименты сопровождаются численным моделированием по коду ЭГАК. Предложены критерии перехода неустойчивости в стадию турбулентного перемешивания.

Предложена теоретическая модель насоса-дозатора на основе магнитной жидкости, содержащей тело из намагничивающегося материала, который управляется приложенным переменным однородным магнитным полем. Модель учитывает нелинейную зависимость намагниченности магнитной жидкости от магнитного поля, что позволяет рассмотреть случай любых (в том числе и больших) полей. В рамках данной модели проведены расчеты подъема поршня, разделяющего магнитную и перекачиваемую жидкости, в различных однородных магнитных полях. Проведено сравнение расчетов на основе предложенной модели с проведенным ранее и новыми экспериментами. Получено хорошее совпадение теории и эксперимента.

Методом совместного решения кинетического уравнения Больцмана и уравнений механики сплошной среды исследовано течение пара вблизи межфазной поверхности при испарении. Показано, что формирующаяся в этом процессе структура течения представляет собой совокупность нескольких зон: неравновесная кинетическая область (слой Кнудсена); область равномерного потока, в которой скорость, плотность и температура не изменяются по координате; контактный разрыв и область с равномерным потоком за замыкающей ударной волной. Предложен подход, позволяющий построить структуру течения при нестационарном испарении без решения кинетического уравнения Больцмана. Результаты применения этого подхода сравниваются с численными расчетами, выполненными с помощью метода совместного решения кинетического уравнения Больцмана и уравнений механики сплошной среды, а также путем прямого статистического моделирования Монте-Карло.

Рассмотрены особенности динамики волн давления при наличии пористой перегородки (слоя), насыщенной пузырьковой жидкостью. Показано, что отражение волнового импульса от пористой перегородки, насыщенной пузырьковой смесью, в зависимости от параметров газированной смеси и пористой среды (объемного содержания газа, дисперсности пузырьков, пористости,) аналогично отражению от свободной границы или от жесткой стенки.