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.).
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом.
Результаты этапа: 1. Стимулирование распространения детонации в водородно-воздушных смесях с частичной предварительной слабой диссоциацией компонент. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А. Рассматривалось распространение детонации в покоящейся стехиометрической водородно-воздушной смеси в полубесконечном плоском канале с параллельными стенками при инициировании у закрытого конца канала. Численное исследование выполнено в рамках современной детализированной кинетической модели на подробных сетках с разрешением ячеистых детонационных структур. Установлено, что предварительная подготовка смеси (диссоциация до 1.5% молекул водорода и кислорода до атомарного состояния) приводит к существенному уменьшению размера ячейки при небольшом увеличении скорости распространения самоподдерживающейся детонации. В расчетах отмечена способность детонации в предварительно подготовленных смесях преодолевать одиночный и множественные барьеры значительно бóльшей высоты. Таким образом, даже очень слабая в процентном отношении частичная предварительная диссоциация горючего и окислителя может быть использована для стимулирования распространения детонации в водородно-воздушной смеси. 2. Газовая детонация в трехмерных каналах и камерах сгорания. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В. Продолжены исследования развития газовой детонации в трехмерных прямоточных камерах сгорания для сверхзвуковых условий на входе. Расчеты выполнены с использованием оригинального программного комплекса в котором реализована модель построения расчетных сеток для сложных трехмерных геометрических конфигураций, в том числе и с подвижными элементами конструкции. Для описания химических реакций использовалась экономичная с вычислительной точки зрения модельная одностадийная кинетика для пропано-воздушных смесей. Решены задачи об инициировании и распространении детонации в закрученных и изогнутых камерах сгорания, а также в камерах с установленными внутри статорами с лопатками различной формы. Определены критические условия инициирования детонации для различных условий. Обнаружены режимы спиновой и галопирующей детонации. По результатам исследований защищена диссертации на соискание степени доктора физико-математических наук. 3. Квазистационарные и пульсирующие течения газа в оригинальном тяговом модуле ВРД с кольцевым соплом и дефлектором. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н., в.н.с. Смехов Г.Д. Выполнен очередной этап расчетно-экспериментальных исследований квазистационарных и пульсирующих режимов течения газа в оригинальном компактном осесимметричном тяговом устройстве с кольцевым соплом и дефлектором. Экспериментально установлены зависимости частоты и амплитуды пульсаций силы тяги и давления газа на тяговой стенке сопла от давления на входе и выходе сопла, от размера его критического сечения, а также формы дефлектора. Расчеты выполнены на основе уравнений Навье-Стокса для многокомпонентной реагирующей газовой среды с использованием химически неравновесной термохимической модели. Проведена верификация по результатам сравнения расчетного и измеренного спектра пульсаций давления газа на тяговой стенке кольцевого сопла. Показано, что управление основной доминирующей частотой пульсаций силы тяги и давления может осуществляться за счет пропорционального увеличения масштаба сопла, размера критического сечения, а также высоты дефлектора, независимо от противодавления в пространстве истечения. В результате обработки и анализа массива первичных данных (сигналов с датчика силы тяги), определены средние значения силы тяги, развиваемой кольцевым соплом в пульсирующем режиме истечении в пространство с малым противодавлением – 0.01 атм. В расчетах показано, что диапазон максимальных изменений сигналов силы тяги в пульсациях не превышает 10 % от величины среднего значения силы тяги. 4. Условия воспламенения метановоздушной смеси с добавками ацетилена с учетом механизмов цепного разветвления активных радикалов. В.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с Афонина Н.Е. Выполнено исследование воспламенения метоновоздушной смеси с добавками ацетилена. Окисление метана может происходить в двух режимах: высокотемпературное (быстрое) с механизмом разветвлённых цепных реакций и низкотемпературное (медленное) с механизмом вырожденного цепного разветвления радикалов. При численном моделировании использовалась система кинетических уравнений для многокомпонентного реагирующего газа, предложенная и применявшаяся ранее в НИИ механики МГУ. В расчетах определялись распределения во времени концентраций различных компонентов газа для заданного начального состава, давления и температуры газа. Признаком воспламенения горючей смеси считалось начало резкого уменьшения концентрации метана вследствие возникающих в горючей смеси цепных химических процессов. Временем индукции считалось время, при котором остаётся 1/10 часть его исходного количества. Установлено, что добавка ацетилена к метану заметно ускоряет воспламенение метана в области высокотемпературного окисления, определена температура, ограничивающая область быстрого окисления метана. 5. Фокусировка и кумуляция при столкновении затупленных тел с локализованными в набегающем сверхзвуковом потоке газовыми пузырями. НИИ механики МГУ, зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю, в.н.с. Сутырин О.Г. Выполнено численное исследование взаимодействия обтекаемых сверхзвуковым потоком затупленных тел с локализованными в набегающем потоке газовыми пузырями повышенной плотности. Изучен кумулятивный эффект возникновения аномальных всплесков давления в критической точке тела. В зависимости от параметров пузыря возможны случаи, когда проходящая по пузырю и огибающая его ударные волны фокусируются в очень малом объеме на оси симметрии. В пределе для режима Гудерлея давление в области фокусировки стремится к бесконечности, а плотность – к конечному значению, многократно превосходящему плотность за сильной ударной волной. Фокусировка тороидальной огибающей ударной волны может сопровождаться формированием тонких сверхзвуковых кумулятивных струй на оси симметрии течения (направленных вниз и вверх по потоку). Кроме того, отмечен эффект возникновения «газодинамического пробойника» в результате прорыва в ударный слой через деформированную головную ударную волну порции высоконапорного газа. Аномальный всплеск давления в критической точке тела определяется совместным воздействием трех факторов: кумулятивной струи, «газодинамического пробойника» и ударной волны, расходящейся от области фокусировки. 6. Иницирование детонации при взаимодействии ударных волн с реагирующими газовыми пузырями. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Сутырин О.Г.. в.н.с. Георгиевский П.Ю. Выполнено численное исследование инициирования детонации при взаимодействии ударной волны с реагирующим эллипсоидальным пузырем газа в воздухе в двумерной плоской постановке. Реагирующий газовый пузырь был заполнен пропановоздушной смесью с добавками ксенона (отношение плотностей для газов внутри и вне пузыря составляло 3). Зафиксировано три качественно различных режима инициирования детонации: при проникновении падающей ударной волны внутрь пузыря (вблизи его передней границы); при преломлении огибающей пузырь падающей ударной волны (в тройной конфигурации на периферии газового пузыря); и при фокусировке огибающей ударной волны и проходящей по пузырю ударной волны в малом объеме вблизи задней границы пузыря. В проведенных расчетах для выбранного состава газа в пузыре показано, что за счет эффектов фокусировки число Маха падающей ударной волны, достаточное для инициирования детонации, может быть снижено примерно на 35% по сравнению с критическим числом Маха для прямого инициирования. Полученные новые результаты могут быть использованы для стимулирования детонации в газовых смесях. 7. Экспериментальное исследование развития нестационарного течения при падении ударной волны на сферу с тонкой иглой С.н.с. Фокеев В.П., инж. Гринь Ю.И. Продолжено экспериментальное исследование развития осесимметричного отрывного течения перед сферой с тонкой иглой при падении на него ударной волны со сверхзвуковым течением за ней. Эксперименты выполнялись в газах с различными показателями адиабаты (для воздуха, углекислого газа, аргона) в диапазоне чисел Маха падающей ударной волны 2,5 – 4. Проводилась визуализация взаимодействия падающей ударной волны с моделью при помощи теневого прибора ТЕ 19 (поле зрения диаметром 150 мм) и цифровой камеры DICAM-Pro в режиме регистрации двух кадров съемки в эксперименте. Контроль процесса распространения ударной волны по ударной трубе и определение ее скорости проводились с помощью семи пьезодатчиков, расположенных вдоль трубы. На начальном этапе наблюдалась бифуркация отраженной ударной волны при взаимодействии с пограничным слоем на тонкой игле, сопровождающаяся развитием растущей конической передней отрывной зоны в сверхзвуковом набегающем потоке, сформированном падающей ударной волной. На завершающем этапе происходила стабилизация картины течения с постепенной трансформацией отрывной зоны. 8. Автомодельные режимы отрицательного маховского отражения при дифракции ударной волны на клине В.н.с. Георгиевский П.Ю., асп. Максимов А.Н. Численно исследована структура течений для автомодельных режимов отрицательного маховского отражения при дифракции ударной волны на клине. При отрицательном отражении падающая и отраженная ударные волны расположены по разные стороны от прямолинейной траектории движения тройной точки. Для показателя адиабаты 1.13 и числа Маха 5 при увеличении угла клина последовательно реализуются режимы двойного, тройного и многократного маховского отражения. При многократном маховском отражении (новый режим) появляются дополнительные тройные конфигурации, наличие которых обеспечивает возможность прохода сверхзвуковой газовой струи в узкое «горло» вблизи поверхности клина. При этом в области растекания струй вблизи поверхности клина достигаются экстремальные параметры (давление в 150 раз превышает начальное), но температура остается умеренной (всего в 3 раза выше начальной). При увеличении угла клина режим многократного отражения сохраняется вплоть до перехода к регулярному отражению. При этом на завершающей стадии переход происходит резко, так что зависимость углов наклона траекторий движения тройных точек от угла клина имеет вертикальные касательные. Кроме того, отмечено подобие газодинамических структур при приближении к критическому углу перехода. 9. Поведение слабых возмущений, распространяющихся под углом к направлению невозмущенного течения в трансзвуковом пограничном слое над твердой плоской пластиной. В.н.с. Богданов А.Н. С использованием асимптотических моделей нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия в трансзвуковом режиме скоростей рассмотрено поведение слабых возмущений течения, распространяющихся под углом к направлению скорости невозмущенного течения над плоской полубесконечной пластиной. Рассматриваемые в задаче возмущения течения выбраны гармоническими по времени и пространственным координатам в плоскости пластины и предполагаются имеющими общий вид по поперечной к поверхности координате. Получено дисперсионное соотношение, содержащее специальные функции Эйри. Для количественного анализа развития возмущений, распространяющихся в плоскости обтекаемой поверхности под углом к направлению невозмущенной скорости течения, существенным результатом явилось то обстоятельство, что дисперсионное соотношение можно переписать в виде аналогичного соотношения для прямых волн возмущений, введя в нем эффективный трансзвуковой параметр. Это означает, что развитие возмущения, распространяющегося под углом к скорости невозмущенного течения с заданными волновым числом и частотой, происходит так же, как и прямого возмущения, с теми же параметрами, только при другой (бóльшей) скорости течения.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом.
Результаты этапа: (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А.) Проведено численное исследование влияния предварительной подготовки стехиометрической водородно-воздушной смеси (частичной диссоциации молекулярного водорода и кислорода) на распространение детонационной волны в плоском канале при наличии массива барьеров, расположенных вблизи одной из его стенок. Определены характеристики течения и динамика ударно-волновых структур при взаимодействии детонационной волны с множественными барьерами в зависимости от протяженности области, занятой барьерами, их высоты и расстояния между ними. Установлено, что частичная начальная диссоциация горючего и окислителя может использоваться для предотвращения гашения детонации в каналах с подобными группами препятствий. Обнаружено, что получаемая в результате подготовки смесь отличается от начальной водородно-воздушной смеси не только существенно более мелкой ячеистой структурой детонационной волны, но и качественно иным характером восстановления детонации после взаимодействия с препятствиями. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В.) Проведено численное исследование трехмерных течений с вращающейся детонацией в оригинальной камере сгорания с сопловым устройством и зазором между двумя параллельными пластинами, перпендикулярными вектору тяги. Для устройства с диаметром кольцевого сечения 70 мм показана возможность формирования многоголовой вращающейся детонации с количеством волн от 2-х до 6-ти. Численно показано, что увеличение диаметра кольцевого сечения приводит к пропорциональному увеличению максимального количества одновременно циркулирующих волн. Так, для устройства с диаметром кольцевого сечения 100 мм показана возможность формирования многоголовой вращающейся детонации с количеством волн до 8-ми включительно. При различном числе волн проанализирована структура течения и получены данные по тяговым характеристикам устройства. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н.) Выполнен этап расчетно-экспериментальных исследований квазистационарных режимов течения газа в моделях кольцевых сопел с внутренним дефлектором в виде сферического сегмента. Собрана новая модель кольцевого сопла с диаметром основания сферического дефлектора 66.4 мм и уменьшенным (по сравнению с базовым значением 4.4 мм) значением критического сечения 2.9 мм. Импульсная аэродинамическая установка укомплектована аппаратурой для калибровки датчиков давления и силы. Проведены параметрические расчеты течения в полости реактивного двигателя с кольцевым соплом с использованием трехпараметрической модели турбулентного переноса. Базовые геометрические и газодинамические параметры численной модели близки к условиям проведенных в лаборатории физических экспериментов, а в качестве рабочего газа рассмотрен высокотемпературный воздух. Установлено, что во всех вариантах расчетов стартовые возмущения, связанные с процессом запуска сопла, затухали, и в полости соплового дефлектора в течение 2 мс устанавливался квазистационарный турбулентный режим течения с высокими значениями параметров турбулентного переноса. (В.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с. Афонина Н.Е.) Разработана оригинальная расчетная методика для определении задержек воспламенения в двухкомпонентных (по горючим) смесях метан-ацетилен-воздух и определены задержки воспламенения этих смесей вблизи нижних концентрационных пределов распространении (НКПР) пламени. Показано, что в ряде метано-ацетиленовых смесей в воздухе добавка ацетилена заметно ускоряет распад метана. Для полученных в эксперименте ближайших значений концентраций смесей метана с ацетиленом в воздухе на границе области НКПР (внутри и вне области распространения пламени) впервые получены расчетные значения минимальной температуры воспламенения указанных составов -- минимальной температуры высокотемпературного (быстрого) окисления метана. Указанные температуры и разработанная расчетная методика представляют интерес с точки зрения определения и обеспечения условий взрывобезопасности метано-ацетиленовых смесей в воздухе при взаимодействии с нагретыми телами -- источниками тепла. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю.) Выполнено численное исследование сверхзвукового обтекания тел различной формы (сферы, конуса и оживала) при наличии областей энерговклада, локализованных в набегающем потоке. Показано, что для затупленных тел с отошедшей головной ударной волной возможно развитие интенсивных расходных пульсаций передних отрывных зон. Установлено, что при удалении области энерговклада от тела наблюдается стабилизация течения. Для хорошо-обтекаемых тел с присоединенной головной ударной волной в определенных случаях также наблюдается формирование квазистационарных передних отрывных зон. Показано, что не только для затупленных, но и для хорошо-обтекаемых тел за счет формирования передних отрывных зон достигается значительное снижение волнового сопротивления (до 20-30%), и при этом эффективность (отношение сэкономленной и затраченной мощностей) изменяется обратно пропорционально площади поперечного сечения области энерговклада. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Сутырин О.Г., в.н.с. Георгиевский П.Ю.) Выполнено численное исследование инициирования детонации при взаимодействии распространяющейся по горючей газовой смеси ударной волны с эллиптическим пузырем тяжелого инертного газа (в плоской постановке). Обнаружены различные режимы детонационного воспламенения смеси: при отражении падающей ударной волны от передней границы пузыря и при фокусировке вторичных скачков уплотнения вблизи задней границы пузыря. Определена зависимость режима воспламенения смеси от числа Маха падающей волны и формы пузыря. Показано, что инициирование детонации при отражении падающей ударной волны от передней границы пузыря имеет место при ее достаточной интенсивности независимо от формы пузыря. При меньшей интенсивности падающей ударной волны происходит инициирование детонации в результате фокусировки вторичных скачков. Установлено, что за счет эффекта фокусировки критическое число Маха падающей волны, достаточное для инициирования детонации, может быть снижено примерно на 30%. (В.н.с. Сутырин О.Г., инж. Хабибуллин Р.Р.) Выполнено численное моделирование взаимодействия падающей ударной волны с газовым пузырем повышенной плотности, расположенным перед плоской стенкой. Изучены особенности преломления падающей ударной волны, формирования и фокусировки поперечных ударных волн, отражения ударных волн от плоскости симметрии течения и от стенки. Обнаружено, что в зависимости от определяющих параметров задачи реализуются качественно различные режимы течения (пред- и пост- кумулятивный), для которых фокусировка поперечных ударных волн на плоскости симметрии происходит, соответственно, до или после отражения падающей ударной волны от стенки. Показано, что наличие тяжелого пузыря перед стенкой многократно усиливает импульсную ударно-волновую нагрузку на нее. Определена зависимость пикового значения давления, достигаемого на стенке, от числа Маха падающей волны, плотности газа в пузыре и начального расстояния между пузырем и стенкой. (В.н.с. Богданов А.Н.) С использованием асимптотических моделей получены законы распространения ударных волн в среде с одномерной стратификацией температуры и плотности. Предложен аналитический подход к определению параметров нелинейного возмущения произвольной интенсивности (ударной волны), распространяющегося в газообразной среде с заданным распределением параметров (стратификацией), основанный на вычислении малого отклика определяющих процесс параметров на малое изменение параметров среды перед рассматриваемой волной. Показано, что процесс распространения ударной волны через слой стратификации принципиально определяется нелокальными воздействиями, зависящими от конкретного вида стратификации, и может приводить как к затуханию волны, так и к ее усилению. (В.н.с. Георгиевский П.Ю., асп. Максимов А.Н., с.н.с. Фокеев В.П.) Численно исследованы различные режимы нестационарного отрицательного маховского отражения ударных волн от клина при наличии возмущений, локализованных вблизи отражающей поверхности: тонкого слоя пониженной или повышенной плотности и одиночных крупномасштабных газовых пузырей. Показано, что при наличии тонкого слоя газа пониженной или повышенной плотности на достаточном удалении от носка клина формируется асимптотически автомодельная ударно-волновая структура. В широком диапазоне параметров сохраняется эффект образования внутренней трехударной конфигурации, соответствующей режиму «многократного маховского отражения». При взаимодействии с газовым пузырем перекрывается возвратная пристеночная струя, характерная для отрицательного маховского отражения и, соответственно, значительно изменяется ударно-волновая конфигурация по сравнению с автомодельным случаем. Однако на некотором расстоянии первоначальная структура течения восстанавливается. (С.н.с. Фокеев В.П.) Проведена подготовка экспериментов по дифракции ударной волны на клине при наличии неоднородностей вблизи его поверхности. Разработана и изготовлена диэлектрическая секции ударной трубы для организации в ней импульсного газового разряда. Спроектирован и изготовлен блок синхронизации газового разряда по сигналам пьезодатчиков, смонтированных вдоль канала ударной трубы. Проведена настройка диагностического комплекса для регистрации и визуализации ударно-волновых структур при дифракции ударной волны на клине: теневого прибора ТЕ 19 (поле зрения диаметром 150 мм) и цифровой камеры DICAM-Pro в режиме регистрации двух кадров съемки в эксперименте.
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом.
Результаты этапа:
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом.
Результаты этапа:
8 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом.
Результаты этапа:
9 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом.
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".