Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладомНИР

Gas dynamics of fast processes and high-speed flows with energy deposition

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с учетом подвода энергии и внешних воздействий.
Результаты этапа: 1. Результаты исследования процессов детонации и горения в газовых смесях. С учетом современной детальной кинетики горения (Старик А.М. и др., 2010) выполнено численное моделирование детонации в стехиометрической водородно-воздушной смеси, поступающей со сверхзвуковой скоростью в плоский симметричный канал с пережатием; для обеспечения корректного разрешения многофронтовой структуры детонационной волны расчеты проводились на подробной сетке на суперкомпьютере «Ломоносов»; для различных чисел Маха определена форма канала, обеспечивающая стабилизацию детонационной волны и эффективное извлечение тяги (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А.). С использованием оригинального комплекса программ на суперкомпьютере «Ломоносов» выполнено численное моделирование трехмерной детонации в проточных камерах сгорания сложной конструкции со спиралевидными внутренними элементами; определены критические условия самопроизвольного инициирования детонации в сверхзвуковом потоке стехиометрической пропановоздушной смеси в канале с изгибом (зав. лаб. Левин В.А., с.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В.). Проведено экспериментальное и численное исследование течения продуктов сгорания ацетилено-воздушных смесей в полусферической камере с кольцевым соплом для импульсной аэродинамической установки НИИ механики МГУ; установлена возможность развития автоколебательных пульсирующих режимов; выполнен спектральный анализ, определены зависимости частоты и амплитуды пульсаций от условий на входе и выходе из устройства и его геометрии (зав. лаб. Левин В.А., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Громов В.Г., в.н.с. Хмелевский А.Н., в.н.с. Смехов Г.Д.) 2. Результаты исследования в области сверхзвуковой аэродинамики и газодинамики ударных волн. 2. Проведено численное моделирование столкновения движущихся со сверхзвуковой скоростью тел с газовыми пузырями пониженной и повышенной плотности при различных числах Маха; обнаружен эффект внезапного скачкообразного увеличения давления и плотности в критической точке тела; установлено, что эффект объясняется воздействием тонких кумулятивных струй, формирующихся при фокусировке поперечных ударных волн на оси симметрии в результате перестройки течения при взаимодействии головной ударной волны с газовым пузырем (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю.). Выполнено численное моделирование взаимодействия ударной волны с цилиндрическим облаком кварцевой пыли небольшой концентрации в рамках модели равновесной пылегазовой смеси; исследовано преломление падающей волны, а также эффекты формирования и фокусировки поперечных ударных волн; обнаружены два качественно различных режима фокусировки, реализующиеся при различных значениях концентрации пыли; определена зависимость положения точки фокусировки и относительной интенсивности фокусировки волн от объемной концентрации пыли (зав. лаб. Левин В.А., с.н.с. Сутырин О.Г., в.н.с. Георгиевский П.Ю.). Проведена модернизация экспериментальной установки «Ударная труба Квадрат» с заменой основного рабочего элемента ударной трубы – импульсного высокоскоростного пневматического клапана – на новый, который обеспечивает большие интенсивности и меньшее время формирования падающей ударной волны; выполнены эксперименты по бифуркации отраженной ударной волны при взаимодействии с осесимметричным пограничным слоем на тонкой игле, установленной на сфере (с.н.с. Фокеев В.П., с.н.с. Гринь Ю.И.).
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с учетом подвода энергии и внешних воздействий.
Результаты этапа: 1. Результаты исследования процессов детонации и горения в газовых смесях. С учетом детальной кинетики химического взаимодействия выполнено численное моделирование детонации в стехиометрической водородно-воздушной смеси с добавками мелких инертных частиц пыли, поступающей со сверхзвуковой скоростью в плоский симметричный канал с пережатием; определено влияние изменений числа Маха потока, концентрации инертных частиц на стабилизацию детонации в потоке; предложены способы управления положением детонационной волны для эффективного извлечения тяги (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А.). Выполнено численное моделирование развития детонации для сверхзвуковых трехмерных течений пропановоздушной смеси в круглом канале с изгибом; проведена классификация режимов детонации в зависимости от определяющих параметров, обнаружен режим детонации с ее галопированием вблизи изгиба (зав. лаб. Левин В.А., с.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В.). Выполнено численное и экспериментальное исследование газодинамических процессов в тяговом модуле с кольцевым соплом; определены спектры колебаний давления и силы тяги методом дискретного преобразования Фурье; установлен механизм возникновения автоколебательных режимов течения в тяговых устройствах с кольцевыми соплами (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н.). Расчетным путем определены интервалы температур режима быстрого окисления метана с механизмом цепного разветвления активных радикалов для различных составов горючих смесей (метан-кислород-азот) (в.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с. Афонина Н.Е.) 2. Результаты исследования в области сверхзвуковой аэродинамики и газодинамики ударных волн. Сформулирован и проверен в численных расчетах физический критерий подобия для задачи о снижении волнового сопротивления тел при помощи энерговклада в набегающий поток при выполнении которого перед телами формируются отрывные зоны примерно одинаковой геометрии; показано что в этом случае коэффициент эффективности (определяется как отношение сэкономленной и вложенной мощностей) пропорционален числу Маха в квадрате и обратно пропорционален линейному размеру области энерговклада в квадрате (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю.). Реализована поддержка WENO-схем повышенного порядка аппроксимации для задач взаимодействия ударных волн с газовыми неоднородностями; определена зависимость локализации и величины пиковых значений давления газа от определяющих параметров для задачи о взаимодействии ударной волны с цилиндрической областью газа повышенной плотности (зав. лаб. Левин В.А., с.н.с. Сутырин О.Г., в.н.с. Георгиевский П.Ю.). Выполнено экспериментальное исследование процесса формирования конического отрывного течения перед сферой с направленной навстречу потоку иглой при падении ударной волны – от стадии отражения падающей ударной волны к стадии квазистационарного осесимметричного сверхзвукового обтекания сферы с отрывом пограничного слоя на игле (с.н.с. Фокеев В.П., инж. Гринь Ю.И.). Получены новые высокочастотные асимптотики дисперсионного соотношения при анализе устойчивости трансзвукового пограничного слоя с самоиндуцированным давлением; показано, что считавшаяся ранее однозначной зависимость частоты возмущения от волнового числа является исключительным случаем (в.н.с. Богданов А.Н.). В численных расчетах обнаружен новый автомодельный режим многократного маховского отражения в задаче о дифракции ударной волны на клине для диапазона определяющих параметров, соответствующих отрицательным углам отражения (в.н.с. Георгиевский П.Ю., аспирант Максимов А.Н.).
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с учетом подвода энергии и внешних воздействий.
Результаты этапа: 1. Результаты исследования процессов детонации и горения в газовых смесях. Выполнено численное исследование детонации в стехиометрической водородно-воздушной смеси с добавками мелких инертных частиц пыли, поступающей со сверхзвуковой скоростью в плоский симметричный канал с пережатием; установлена возможность управления положением детонационной волны в канале при изменении концентрации частиц с целью расширения рабочего диапазона скоростей и повышения тяги (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А.). Выполнено численное моделирование трехмерных течений с вращающейся детонацией в оригинальном осесимметричном устройстве, состоящем из двух параллельных круглых пластин, ортогональных к оси симметрии и осесимметричного сопла; выполнен анализ формирования непрерывной вращающейся детонации и определена тяга сопла для различных режимов работы устройства (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В.). Продолжены расчетно-экспериментальные исследования квазистационарных и пульсирующих режимов течения газа в компактном тяговом модуле с кольцевым соплом и дефлектором; проведены измерения силы тяги в пульсирующем режиме течения высокотемпературных продуктов сгорания ацетилено-воздушных смесей; в численных расчетах на основе усредненных по Фавру уравнений Навье-Стокса в зависимости от определяющих параметров зафиксированы как стационарные, так и пульсирующие режимы течения (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н.). Продолжено исследование пределов воспламенения и различных характеристик горения метановоздушных смесей с добавками водорода, ацетилена и бутана; показано, что присутствие в составе сжиженного природного газа указанных углеводородных добавок позволяет организовать его эффективное сжигание в камерах сгорания авиационных и ракетных двигателей (в.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с. Афонина Н.Е.) 2. Результаты исследования в области сверхзвуковой аэродинамики и газодинамики ударных волн. Выполнено численное исследование сверхзвукового обтекания затупленных тел при наличии энерговклада, локализованного в малых областях эллипсоидальной формы, расположенных в набегающем потоке; изучено влияние числа Маха потока, удлинения, размера области энерговклада и подводимой мощности на формирование высокотемпературного следа и отрывных зон перед телом; предложена формула для пересчета эффективности снижения волнового сопротивления затупленных тел (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю.). В трехмерной нестационарной постановке выполнено численное исследование взаимодействия сильной ударной волны с продольным каналом газа пониженной плотности круглого, эллиптического или прямоугольного сечений; для эллиптического и прямоугольного сечений отмечено усиление эффекта кумуляции высоконапорных струй вблизи центральной оси течения; определена динамика развития газодинамического предвестника (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Сутырин О.Г., в.н.с. Георгиевский П.Ю.). Проведена работа по созданию подвижного варианта комплекса на основе монохроматора МДР-23Д, с целью получения спектральных характеристик газового разряда при различных режимах в канале ударной трубы «Квадрат». Выполнено экспериментальное исследование развития осесимметричного отрывного течения перед сферой с тонкой иглой при падении на него ударной волны со сверхзвуковым течением за ней; получены теневые картины различных фаз развития конической отрывной зоны при взаимодействии отраженной ударной волны с пограничным слоем на тонкой игле (с.н.с. Фокеев В.П., инж. Гринь Ю.И.). С использованием модифицированной «трехпалубной» модели нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия исследовано поведение слабых возмущений в пограничном слое над твердой плоской пластиной, обтекаемой околозвуковым потоком газа для квадратичного профиля продольной составляющей невозмущенной скорости в пограничном слое; показано качественное отличие картины малых возмущений от случая линейного профиля скорости в пограничном слое (в.н.с. Богданов А.Н.). Численно исследованы режимы отрицательного маховского отражения при дифракции ударной волны на клине; наряду с известными режимами двойного и тройного маховского отражения обнаружены качественно новые автомодельные режимы многократного маховского отражения с четырьмя или пятью трехударными конфигурациями; определены границы существования конфигураций многократного отражения при изменении угла клина, показателя адиабаты газа и числа Маха потока (в.н.с. Георгиевский П.Ю., аспирант Максимов А.Н.).

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".