Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых телНИР

Analysis of hydrodynamic effects of interaction of liquids, gases and solid bodies

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа: Созданы два стенда для изучения механизма проникания в жидкость плоских и осесимметричных вертикальных свободных турбулентных струй жидкости. Проведена серия экспериментов, позволившая установить новый парадокс симметрии в гидродинамике струйных течений, связанный с эжектированием воздуха в жидкость вертикальной струей, проникающей через свободную поверхность. Установлен механизм возникновения низкочастотных автоколебательных режимов течений, возникающих в жидкости. Найдены экспериментальные зависимости периода автоколебаний от определяющих параметров задачи. Выполнены численные расчеты, подтвердившие обнаруженный эффект. Выполнены исследования автоколебательных режимов поведения вертикальных свободных струй круглого поперечного течения, проникающих в узкий слой покоящейся между двумя параллельными плоскостями жидкости, также демонстрирующие парадокс симметрии. Проведена серия экспериментов и изучена зависимость периода автоколебаний от скорости струй и геометрических параметров (диаметров струй, расстояния от сопла до свободной поверхности). Оказалось возможным представить зависимость безразмерного периода автоколебаний от числа Фруда и относительного диаметра струи в виде единой универсальной зависимости. Выполнен начальный этап численных исследований обнаруженных эффектов. Готовятся к публикации две статьи в журналы «Известия РАН. МЖГ» и «Вестник МГУ». Получено аналитическое решение плоской задачи о струйном нестационарном истечении идеальной несжимаемой невесомой жидкости через отверстие в стенке при наличии точечного источника переменной интенсивности на плоскости симметрии течения. Предполагалось, что скорости возмущенного течения, вызванные изменением расхода источника, малы по сравнению со скоростями стационарного течения. Для решения задачи использован приближенный метод Гуревича-Хаскинда. Сформулирована и решена смешанная краевая задача для комплексного потенциала возмущенного течения. Для гармонического закона изменения расхода источника найдено распределение давления на твердых стенках, изучена эволюция формы свободных границ струи. Показано, что изменение расхода источника по гармоническому закону приводит к возникновению на свободных границах струи волны, которая при удалении от щели на участке практически нулевой кривизны стационарной свободной границы представляет собой бегущую волну, движущуюся со скоростью невозмущенного течения. Обнаружено, что рост частоты приводит к увеличению амплитуды коэффициента давления на стенках. Принята в печать статья в журнал «Вестник МГУ. Серия Математика. Механика» (2017, № 2). Получены точные решения одномерных (с плоскими и цилиндрическими волнами) задач о закачке суспензии в пористый пласт при учете отставания взвешенных частиц от несущей жидкости в случае большого изменения пористости. Показано, что учет отставания частиц от жидкости может приводить к замедлению движения скачка концентрации, что согласуется с результатами ряда экспериментов. Найдены решения задачи о стационарном течении несжимаемой жидкости во вращающемся недеформируемом высокопористом теле в рамках модели Бринкмана с учетом сил инерции. Принята в печать статья в журнал «Известия РАН. МЖГ» (2017, № 1, С. 168-174).
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа: Проведено экспериментальное и численное исследование процесса проникания вертикальных плоских и круглых свободных турбулентных струй через поверхность жидкости, находящейся в относительно узких каналах. Установлено существование диапазонов значений толщин струй, их скоростей и длин свободных участков, в которых наблюдаются регулярные автоколебательные режимы перемещения затопленных участков струй и двухфазных областей течения. Описан механизм возникновения таких режимов и особенности наблюдаемых течений. Найдены зависимости периодов автоколебаний от основных определяющих параметров задачи. Установлено качественное отличие этих зависимостей для плоских и осесимметричных струй. Опубликована статья в журнале «Известия РАН. Механика жидкости и газа». 2017, № 6. Проведен начальный этап численного анализа проникания через свободную поверхность двух параллельных вертикальных затопленных струй при разных расстояниях между ними. Получены точные решения одномерных (с плоскими и цилиндрическими волнами) задач о закачке суспензии в пористый пласт при учете отставания взвешенных частиц от несущей жидкости в случае большого изменения пористости. Показано, что учет отставания частиц от жидкости может приводить к замедлению движения скачка концентрации, что согласуется с результатами ряда экспериментов. Отмечено также, что в задачах объемной фильтрации суспензий принципиально возможны модели, в которых частицы в среднем опережают несущую жидкость. Опубликована статья в журнале «Известия РАН. МЖГ» (2017, № 1, с. 168–174). Построены точные решения задачи о стационарном осесимметричном течении несжимаемой жидкости во вращающемся недеформируемом теле с учетом центробежной силы и силы Кориолиса. Рассмотрен случай локально трансверсально-изотропного пористого скелета и квадратичной силы сопротивления в законе фильтрации. Приведены оценки практической применимости полученных решений. Дан анализ увеличения длины траектории жидкой частицы за счет ее отклонения от радиального направления в связанной со скелетом системе отсчета, что может быть существенным в ряде приложений (фильтрация суспензий и т.п.). Опубликована статья в журнале «Известия РАН. МЖГ» (2017, № 5, с. 86–89).
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа: Выполнены экспериментальные исследования автоколебательных режимов течений, возникающих в жидкости, заполняющей относительно узкие каналы различной протяженности, при проникании через ее поверхность вертикальных затопленных осесимметричных струй. Численно исследован процесс проникания через свободную поверхность жидкости вертикальных затопленных струй, вытекающих из каналов прямоугольного поперечного сечения, при отсутствии боковых ограничивающих стенок. Построено аналитическое решение задачи о встречном нестационарном соударении плоских струй идеальной несжимаемой жидкости, вытекающих из каналов разной ширины. В гидродинамической импульсной постановке исследована задача о воронке выброса при взрыве поверхностного клиновидного заряда. Предложена модель для описания медленного течения тонкого слоя вязкой несжимаемой жидкости со свободной поверхностью внутри высокопористой среды над непроницаемым основанием. Получено уравнение для толщины слоя жидкости, изучены решения в виде бегущих волн и автомодельные решения, описывающие растекание жидкости. Предложена эвристическая модель медленного течения малоконцентрированной суспензии в высокопористой среде. В рамках модели рассмотрены задачи о течениях в плоском пористом канале с непроницаемыми стенками под действием перепада давления. Опубликованы и приняты в печать статьи в журналах wos/scopus: 1. Толоконников С.Л. О слабо возмущенном взаимодействии встречных плоских струй идеальной несжимаемой жидкости// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика. Механика. 2018, N 2. С. 42-47. 2. Леонтьев Н.Е., Рощин Е.И. Модель течения несжимаемой жидкости со свободной поверхностью внутри высокопористой среды // Известия РАН. МЖГ, 2018, № 6, с. 87-93. 3. Толоконников С.Л. О форме воронки выброса при взрыве на поверхности грунта шнурового заряда клиновидной формы// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика. Механика. 2018, N 6. С. 82-85. 4. Карликов В.П., Нечаев А.Т., Толоконников С.Л. О фонтанировании вертикальных затопленных осесимметричных струй в относительно узких каналах// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1, Математика. Механика. 2019, N 3. (принята в печать в 2018 г.) Защищена диссертация: Толоконников С.Л. Аналитический, экспериментальный и численный анализ течений жидкости со свободными границами// Докторская диссертация по специальности 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы (физ.-мат. науки); Научный консультант: Карликов В.П., д.ф.-м.н., проф., МГУ имени М.В. Ломоносова; защищена в совете МГУ.01.03 МГУ имени М.В. Ломоносова, Механико-математический факультет
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа: Выполнены экспериментальные и численные исследования автоколебательных режимов течений, возникающих в жидкости, заполняющей относительно узкие каналы различной протяженности, при проникании через ее поверхность совокупности двух плоских вертикальных свободных струй. В твердожидкостной импульсной постановке исследована задача о воронке выброса, образующейся при взрыве плоского шнурового заряда на поверхности грунта для случая, когда прямолинейные свободные от напряжений участки грунта, примыкающие к заряду, наклонены по отношению к его плоскости под некоторыми произвольными углами. Построена модель течения суспензии в высокопористой среде с учетом диффузионного переноса примеси и взаимодействия суспензии с пористым скелетом. Построена модель течения тонкого слоя жидкости внутри высокопористой среды с образованием свободной поверхности; в рамках модели найдены автомодельные решения. Получены точные решения задачи о закачке суспензии в пористую среду в рамках нелинеаризованной системы уравнений объемной фильтрации. Рассмотрены решения с плоскими волнами, описывающие типичные лабораторные эксперименты, а также осесимметрические течения, соответствующие закачке в пласт через скважину. Показана возможность гладких решений (без образования сильных разрывов концентрации) в задаче о закачке суспензии в пористую среду. Опубликованы 4 и приняты в печать 2 статьи в журналах wos/scopus
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа:
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа:
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа:
8 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Исследование гидродинамических эффектов взаимодействия жидкостей, газов и твердых тел
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".