Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа

В журнале публикуются теоретические, вычислительные и прикладные исследования в области аэромеханики, гидродинамики, динамики плазмы, грунтовой гидродинамики, биомеханики сплошных сред. Особое внимание уделяется новым направлениям исследования, таким как теория многофазных потоков и их применение, химически реактивные потоки, потоки жидкостей и газов в электромагнитных полях, новые гидродинамические методы увеличения нефтедобычи, новые подходы к описанию турбулентных потоков и т. д.

Журнал является рецензируемым и включен в Перечень ВАК. Входит в международные базы данных ASFA, Academic OneFile, Academic Search, CAS, Current Abstracts, EBSCO, Gale, INIS Atomindex, INSPEC, Journal Citation Reports/Science Edition, Mathematical Reviews, OCLC, SCImago, Scopus, STMA-Z, SciSearch и др.

Свидетельство о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 – 82144 от 02.11.2021

Журнал основан в 1965 году .

 

Текущий выпуск

Открытый доступ Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ предоставлен  Доступ закрыт Только для подписчиков

№ 1 (2025)

Обложка

Весь выпуск

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Статьи

ПОСТРОЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ГОЛОВНОЙ ЧАСТИ МИНИМАЛЬНОГО ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРИ ЗАДАННЫХ ДЛИНЕ И КРУГОВОМ ОСНОВАНИИ (ОБЗОР)
Крайко А.Н., Тилляева Н.И., Браилко И.А.
Аннотация
Рассмотрены проблемы, возникающие при построении головной части (ГЧ) тела вращения, реализующей минимум волнового сопротивления при заданной длине и n ⩾ 2 плоскостях симметрии. Осесимметричное решение этой задачи дано И. Ньютоном в его “Математических началах натуральной философии” в рамках предложенной там же “формулы Ньютона (ФН)” для давления на наветренных поверхностях обтекаемых тел. Решение, данное Ньютоном без каких-либо пояснений, не сразу поняли аэродинамики, обратившиеся в середине ХХ в. к решению этой задачи и некоторых ее обобщений. На русский язык “Начала” Ньютона перевел А.Н. Крылов с подробными комментариями, в том числе по обсуждаемой задаче. Но и эти комментарии не помогли понять решение Ньютона единственным кому они были доступны — советским аэродинамикам. Тем не менее, вскоре в рамках ФН удалось построить пространственные ГЧ сначала со звездообразным, а затем и с круговым основанием, которые при той же длине и n ⩾ 2 имели меньшее сопротивление, чем осесимметричные ГЧ Ньютона. Математики, занявшиеся обсуждаемой задачей в конце XX — начале XXI столетий и ничего не знавшие о работах аэродинамиков, обратились к той же ФН, запретив вогнутые участки обтекаемых поверхностей искомых ГЧ. Главный итог их исследований в рамках ФН — ГЧ из n ⩾ 2 одинаковых наклонных плоскостей, примыкающих к ним линейчатых поверхностей и переднего торца — правильного n-угольника (при n = 2 — отрезка). Но для теории и приложений важно знать, как они обтекаются хотя бы невязким газом. На этот вопрос ответят приводимые ниже результаты расчета их обтекания по уравнениям Эйлера.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):3-21
pages 3-21 views
ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕЩЕСТВА СВОБОДНО ПАДАЮЩЕЙ ОКРАШЕННОЙ КАПЛИ ВПРОЗРАЧНОЙПРИНИМАЮЩЕЙЖИДКОСТИ (ОБЗОР)
Чашечкин Ю.Д.
Аннотация
Анализируются результаты визуализации процессов переноса вещества свободно падающих окрашенных капель, смешивающихся с прозрачной принимающей жидкостью. Параметризация проводится на основе системы фундаментальных уравнений механики жидкостей, включающей уравнения состояния для плотности и потенциала Гиббса. Обсуждается вклад различных механизмов передачи энергии: макроскопических (с течениями, волнами, вихрями) и микроскопических (диссипативных и конверсионных). Влияние радиационного переноса не рассматривается. Описывается техника современного эксперимента, позволяющая одновременно с высокоразрешающей видеорегистрацией цветных картин течения записывать сопутствующие акустические сигналы. Анализируется структура, динамика и энергетика течений при различных значениях отношений плотностей сливающихся жидкостей, кинетической и потенциальной поверхностной энергии (ППЭ) капли. Определены условия установления выделенных режимов: интрузивного втекания капли, импактного распада на волокна и промежуточного режима зависания и отскока. При малой контактной скорости, в интрузивном режиме, плавно втекающая в толщу жидкости капля образует связный объем. В импактном режиме в пятне контакта образуются тонкие струйки, содержащие вещество обеих сред. Струйки пронзают дно и стенки каверны, растекаются по поверхности жидкости и вылетают в воздух. Волокнистые следы струек образуют линейчатые и ретикулярные структуры на поверхности и в толще жидкости. В промежуточном режиме капля может зависнуть на поверхности жидкости, соприкоснуться, частично слиться и отскочить с потерей вещества. Прослежена эволюция газовых полостей и пузырьков, излучающие акустические пакеты. Отмечается необходимость учета всех механизмов передачи полной энергии при описании гидродинамики и акустики капельных течений.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):22-65
pages 22-65 views
О СТИМУЛИРОВАНИИ РАСТВОРЕНИЯ ТРОМБОВ МАГНИТОИНДУЦИРОВАННЫМИЦИРКУЛЯЦИОННЫМИ ТЕЧЕНИЯМИ
Мусихин А.Ю., Зубарев А.Ю.
Аннотация
Предложена теоретическая модель и метод ее приближенного анализа для течений, индуцируемых вращающимся магнитным полем в канале, заполненном немагнитной жидкостью и внедренным в нее слоем феррожидкости. Один конец канала предполагается закрытым (тромбированным). Получены оценки скорости конвективно-диффузионного потока нейтральной примеси (тромболитика) на тромб в канале с магнитоиндуцированными циркуляционными течениями и изучено влияние этих течений на темп растворения тромба.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):66-74
pages 66-74 views
ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ОТРЫВНОГО ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА В КАНАВКЕ ТИПА БУМЕРАНГ НА СТЕНКЕ КАНАЛА
Исаев С.А., Попов И.А., Никущенко Д.В., Судаков А.Г., Клюс А.А., Миронов А.А.
Аннотация
При отклонении на 45∘ входного участка продольно ориентированной канавки на нагретой стенке плоскопараллельного канала с ростом относительной длины участка ξ, начиная с 0.15, отмечается самоорганизация смерчеобразного вихря, который интенсифицируется за счет формирования экстраординарного поперечного перепада давления и возникновения полюса отрицательного давления в ядре смерча. Смерчевая генерация приводит к развитию аномальной интенсификации отрывного течения и теплообмена (АИОТТ) во входной наклонной части канавки. Известно, что АИОТТ в наклонных прямолинейных канавках характеризуется ослаблением вихревых структур и угнетением теплообмена в концевой части канавки. Установлено, что ориентация концевого участка канавки по потоку в канале при оптимальной относительной длине ξ приводит к проникновению интенсивного закрученного потока в концевую зону канавки типа бумеранг и интенсифицирует теплообмен в ней. Определена оптимальная длина входного участка ξ = 0.35, при которой достигается 29% рост максимальной теплоотдачи от внутренней поверхности канавки по сравнению с плоской стенкой канала. При этом теплосъем внутри канавки типа бумеранг оказывается в 1.2 раза выше, чем для прямолинейной канавки под углом наклона 45∘. Обнаружена критическая длина входного участка (ξ = 0.7), начиная с которой закрученный поток выходит из канавки, не доходя до ее конца. Она характеризуется минимумом относительных гидравлических потерь для участка, ограниченного контуром пятна канавки.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):75-112
pages 75-112 views
ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО НЕЛИНЕЙНОМУ РАЗВИТИЮ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ОБЛАСТИ ИСКУССТВЕННОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ ТЕЧЕНИЯ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ ПЛОСКОЙ ПЛАСТИНЫ ПРИ ЧИСЛЕ МАХА 2.5
Косинов А.Д., Питеримова М.В., Семёнов Н.В., Смородский Б.В., Яцких А.А.
Аннотация
Рассматриваются результаты измерений периодических по времени контролируемых возмущений в неоднородном пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2.5. Возмущения вводились с помощью высокочастотного тлеющего разряда. Электрическая мощность разряда фиксировалась. По условиям экспериментов обнаружено нелинейное развитие волновых поездов вниз по потоку и существенное влияние единичного числа Рейнольдса на характер взаимодействия возмущений. Выполнен анализ волновых характеристик возмущений.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):113-128
pages 113-128 views
ДИФФУЗИЯ И ОСАЖДЕНИЕ БРОУНОВСКИХ ЧАСТИЦ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ ПРИ ОБТЕКАНИИ ПРОНИЦАЕМОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОТОКОМ ДИСПЕРСНОЙ СМЕСИ
Аманбаев Т.Р.
Аннотация
Изучено влияние массообмена (из-за вдува или отсоса жидкости) с поверхностью, обтекаемой дисперсным потоком, на процессы диффузии и осаждения броуновских частиц в пограничном слое. Приведеныуравнения движенияи диффузиидисперснойсмеси вприближении пограничного слоя с учетом зависимости эффективной вязкости суспензии от объемного содержания частиц. Сформулирована краевая задача в автомодельных переменных с учетом скорости отсоса (вдува) жидкости на проницаемой поверхности. Проведен анализ уравнения диффузии при малых и больших числах Шмидта и найдены аппроксимации его решений в этих предельных случаях. В частности, показано, что в пределе при неограниченном росте числа Шмидта производная по независимой автомодельной переменной от концентрации частиц в пограничном слое стремится к дельтафункции Дирака. На примере пограничного слоя на пластине обсуждаются результаты численного решения поставленной краевой задачи при разных значениях определяющих параметров. Обнаружено, что при наличии вдува существует некоторое характерное значение числа Шмидта (зависящее от интенсивности вдува), с превышением которого в пограничном слое возникает область, свободная от частиц. Изучено влияние интенсивности вдува на размеры этой области. Проанализированы зависимости диффузионного потока частиц к поверхности пластины от числа Шмидта в случаях наличия и отсутствия вдува (отсоса).
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):129-145
pages 129-145 views
ГАЗОКАПЕЛЬНЫЕ ТУРБУЛЕНТНЫЕ СТРУИ С ФАЗОВЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ И СОУДАРЕНИЯМИ КАПЕЛЬ
Зуев Ю.В.
Аннотация
С использованием разработанной математической модели газокапельной неизотермической турбулентной струи проведено численное исследование влияния фазовых превращений и соударений капель на параметры этой струи. При проведении математического моделирования двухфазного струйного течения рассматривался случай истечения из сопла гетерогенной среды в неподвижный газ с температурой, существенно превышающей температуру фаз на срезе сопла. Расчеты, выполненные для различных значений объемной концентрации капель на срезе сопла (в начальном сечении струи), показали, что при значении этой концентрации порядка 10–4 соударения капель не оказывают существенного влияния на параметры струи; это влияние начинает проявляться при начальной концентрации капель порядка 5 · 10–4 и становится заметным при ее значении, равном 10–3. В отличие от соударений капель, фазовые превращения оказывают заметное влияние на параметры струи во всем рассмотренном диапазоне изменения начальной концентрации капель: от 10–4 до 10–3.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):146-160
pages 146-160 views
МЕТОД ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ СКОРОСТИ КРУПНОМАСШТАБНОЙ ЦИРКУЛЯЦИИ ПРИ ТУРБУЛЕНТНОЙ КОНВЕКЦИИ ЖИДКОГО МЕТАЛЛА В НАКЛОННОМ ЦИЛИНДРЕ
Мамыкин А.Д.
Аннотация
Исследованы возможности метода температурных корреляций для получения средней скорости турбулентного течения жидкого металла, использующего сигналы с датчиков температуры, расположенных в ряд по направлению движения крупномасштабной циркуляции. Этот косвенный метод, в отличие от других более традиционных методов, может использоваться для измерений в расплавленных металлах, являющихся агрессивной и непрозрачной средой. Метод основан на гипотезе Тейлора о вмороженности поля температурных возмущений в поле скорости при некотором уровне турбулентности потока. Фиксируя прохождение таких возмущений через датчики температуры, можно вычислить скорость потока. В реальных установках, как правило, течение неоднородно, и развитая турбулентность возникает не во всем объеме полости. Поэтому, хотя метод и является абсолютным и не нуждается в тарировке, его нужно проверять на применимость в каждом конкретном случае. В данной работе метод применяется для задачи о турбулентной конвекции жидкого натрия (число Прандтля Pr = 0.0083) в цилиндре, длина которого в 5 раз больше диаметра, нагреваемого с одного торца, и охлаждаемого с другого. Рассмотрены режимы течения при наклоне цилиндра от вертикали на угол β, 18∘ ⩽ β ⩽ 90∘. Число Рэлея, определенное через диаметр, составляло 5·106. Проведен анализ данных экспериментального исследования и численного трехмерного расчета. В последнем случае достоверно известна скорость течения, которую можно напрямую сравнить с оценками, полученными с помощью кросскорреляционного анализа. Показано, что метод температурных корреляций не всегда позволяет достоверно оценить средние скорости крупномасштабных регулярных потоков натрия, т.е. имеет свои ограничения. Метод хорошо работает в условиях умеренных турбулентных пульсаций температуры и скорости. Наибольшую ошибку метод дает вблизи теплообменников по ходу течения – на этом примере предложено наглядное объяснение причины такой ошибки. Получена нелинейная зависимость амплитуды скорости крупномасштабной циркуляции от угла наклона цилиндра с максимумом вблизи 45∘. Положение максимума этой зависимости отличается от такового в цилиндре с аспектным отношением 20 (60∘–70∘).
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):161-173
pages 161-173 views
ДИФРАКЦИЯ КОСЫХ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН НА ЛЕДЯНОМ ПОКРОВЕ ПРИ НАЛИЧИИ ТЕЧЕНИЯ СО СДВИГОМ СКОРОСТИ
Ткачева Л.А.
Аннотация
Исследуется дифракция косых поверхностных волн на кромке упругой полубесконечной пластины, плавающей на поверхности жидкости конечной глубины при наличии течения с линейным сдвигом скорости. Построено точное аналитическое решение этой задачи методом Винера—Хопфа. Исследованы зависимости коэффициентов и углов отражения и прохождения от частоты при различных значениях угла набегающих волн и градиента сдвига.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):174-187
pages 174-187 views
ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ С ПОЛОЖИТЕЛЬНЫМ ГРАДИЕНТОМ ДАВЛЕНИЯ В ПОТОКЕ СЖИМАЕМОГО ГАЗА
Лущик В.Г., Попович С.С.
Аннотация
С использованием трехпараметрической дифференциальной RANS-модели турбулентности проведено численное моделирование турбулентного пограничного слоя в сверхзвуковом потоке с положительным градиентом давления, который был реализован за счет уменьшения числа Маха по длине пластины. Моделирование проведено для ряда значений входного числа Маха от 1.5 до 3.0 и температурного фактора, равного и отличного от 1. Результаты расчетов интегральных и локальных характеристик течения свидетельствуют о существенном влиянии положительного градиента давления на характеристики течения и теплообмена.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):188-201
pages 188-201 views
ИССЛЕДОВАНИЕ НАНОСЕКУНДНОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СКОЛЬЗЯЩЕГО РАЗРЯДА В НЕСТАЦИОНАРНОМ СВЕРХЗВУКОВОМ ПОТОКЕ ВОЗДУХА В КАНАЛЕ
Иванов И.Э., Мурсенкова И.В., Сазонов А.С., Сысоев Н.Н.
Аннотация
Экспериментально исследованы режимы развития поверхностного скользящего разряда длительностью ∼500 нс в нестационарных сверхзвуковых потоках воздуха в канале ударной трубы прямоугольного сечения. Числа Маха ударных волн составляли 2.30–5.00 при начальном давлении воздуха 2–100 Торр, числа Маха потоков 1.18–1.66. Поверхностный скользящий разряд протяженностью 100 мм инициировался в заданный момент времени на разных стадиях нестационарного сверхзвукового течения после дифракции плоской ударной волны на препятствии и при квазистационарном обтекании препятствия с наклонной ударной волной. Анализировались ток разряда и пространственные характеристики излучения. Высокоскоростная теневая регистрация поля течения проводилась с частотой до 525000 кадров в секунду. Численное моделирование течения в канале проведено на основе уравнений Навье–Стокса. В результате сравнения экспериментальных и численных результатов установлена корреляция параметров зоны пониженной плотности, образующейся при взаимодействии наклонной ударной волны с пограничным слоем, с режимом протекания тока разряда. Проанализирована структура потока в канале после инициирования разряда, когда формируется близкая к полуцилиндрической ударная волна. Сопоставление экспериментальных и численных результатов показало, что тепловая энергия, выделяемая в области протекания тока разряда, составляет 0.15–0.36 Дж.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):202-213
pages 202-213 views
О ТЕЧЕНИЯХ С ПЕРЕСЖАТОЙ ДЕТОНАЦИОННОЙ ВОЛНОЙ В КАНАЛАХ ПЕРЕМЕННОЙ ПЛОЩАДИ
Александров В.Г., Егорян А.Д., Филатов И.А.
Аннотация
Проведено численное моделирование течений невязкой химически активной водородновоздушной смеси с пересжатой детонационной волной в квазидвумерной и двумерной постановках. Моделирование осуществлялось интегрированием уравнений Эйлера, дополненных уравнениями физико-химической кинетики горения водорода в воздухе с 18 химическими реакциями в 9-тикомпонентной смеси. В квазидвумерной постановке получены стационарные течения с пересжатой детонационной волной для различных значений коэффициента избытка воздуха. В двумерной постановке получено решение с пересжатой детонационной волной и исследовано влияние неоднородности смеси на течение с образованием детонационной волны и ее ячеистой структуры.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):214-224
pages 214-224 views
ГЕНЕРАЦИЯ ТЕРМОГРАВИТАЦИОННОЙ КОНВЕКЦИИ И КОНВЕКТИВНОЙ ДИФФУЗИИ В ОБЛАСТИ ПРИ ЛУЧИСТОМ НАГРЕВЕ
Борисов Б.В., Кузнецов Г.В., Максимов В.И., Нагорнова Т.А., Салихов Ф.Ю.
Аннотация
Представлены результаты численного исследования процессов генерации термогравитационной конвекции и конвективной диффузии в результате воздействия потока излучения на внутренние границы стенок замкнутой прямоугольной области, заполненной воздухом. Установлены условия развития и характеристики гидродинамических и теплофизических процессов, являющихся следствием прогрева приповерхностных слоев стенок области при радиационном нагреве последних. Показана связь интенсивности радиационного нагрева и конвективного тепломассопереноса. Нестационарные поля температур и концентраций антропогенной газовой примеси иллюстрируют существенно большую интенсивность конвективного теплопереноса, генерируемого радиационным тепловым потоком, по сравнению с кондуктивным, и конвективной диффузии по сравнению с молекулярной.
Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2025;(1):225-238
pages 225-238 views