№ 4 (2024)

Представлены результаты экспериментальных исследований и физического моделирования явления самопроизвольного смещения и вращения ледяного диска на поверхности неподвижной воды. Измерены зависимости скорости вращения ледяного образца от солености и глубины экспериментального контейнера. Показано, что причиной наблюдаемых движений на поверхности неподвижной воды является ячеистое конвективное течение, порождённое процессом таяния льда.

Представлены результаты численного моделирования формирования и движения в процессе выдува одиночной импульсной турбулентной газокапельной струи примерно соответствующим условиям кашля человека. Расчеты проведены при длительности импульса t = 0.6 с и максимальной скорости газовой фазы 20 м/с при массовом содержании капель M_L1 = 1%. Капельная фаза в выходном сечении была монодисперсной, а начальный размер частиц в расчетах изменялся диапазоне D₁ = 5‒30 мкм. В начальный период движения внутри облака формируются две зоны повышенной завихренности: в слое смешения и в области торможения импульсной двухфазной струи. Наибольший уровень продольной скорости и кинетической энергии турбулентности достигается в период выдува импульса. В последующие моменты времени происходит монотонное уменьшение скорости и уровня турбулентности. Вихревое облако, образованное одиночным импульсом, существует довольно продолжительное время (t ≈ 4 с) и за это время успевает проникнуть в окружающем затопленном пространстве на дистанцию более 3 м.

Рассматривается двухслойное течение стратифицированной по плотности жидкости с массообменом между слоями. В приближении Буссинеска уравнения движения сводятся к однородной квазилинейной системе уравнений в частных производных переменного типа. Параметры течения в промежуточном перемешанном слое определяются из условий равновесия в более общей модели трехслойного течения смешивающейся жидкости. В частности, из условий равновесия вытекает постоянство прослоечного числа Ричардсона в течениях со сдвигом скорости. Построено автомодельное решение задачи о распаде произвольного разрыва (задачи о водообмене в шлюзе) в области гиперболичности рассматриваемой системы. Исследованы транскритические режимы течения над локальным препятствием и определены условия, при которых препятствие определяет течение вверх по потоку. Проведено сравнение стационарных и нестационарных решений с решениями, полученными для исходных трехслойных моделей течения смешивающейся жидкости.

Рассматривается устойчивость расположения слоя воды над слоем пара, разделенных поверхностью кипения или конденсации, в геотермальном резервуаре. В невозмущенном состоянии в низкопроницаемых породах существует одна поверхность раздела, которая может быть как поверхностью кипения воды, так и поверхностью конденсации пара. При относительно больших значениях проницаемости могут образовываться два новых решения, соответствующие другим положениям поверхности раздела. Численно исследованы условия существования и слияния стационарных решений в зависимости от параметров физической системы. Методом нормальных мод проведено исследование устойчивости стационарных положений поверхностей раздела. Найдено, что переход к неустойчивости предшествует бифуркациям решений и может происходить как при конечных значениях волновых чисел, так и при бесконечных.

Исследуются всплески высоковязкой жидкости (глицерин), возникающие в результате ее импульсного вытеснения из зазора между двумя быстро сближающимися дисками. Обнаружено, что за пределами дисков всплеск имеет форму тонкой пленки, ограниченной кольцевой краевой струей. Формулируется физическая модель всплеска, и приводятся аналитические решения, описывающие его траекторию. Результаты расчетов сравниваются с данными эксперимента. Анализируются эффекты вязкости жидкости, поверхностного натяжения и разрушения пленки. Показано, что ключевое влияние на сценарии развития всплеска оказывает поверхностное натяжение пленки, соединяющей краевую струю с дисками.

Представлены результаты согласованного расчетно-экспериментального исследования акустических автоколебаний в кольцевой полости, опоясывающей круглую трубу с локальным сужением. В эксперименте измерялись пульсации давления на внешней стенке кольцевой полости для различных значений объемного расхода; воздух поступал в трубу при атмосферном давлении. Обнаружено, что в некотором диапазоне расходов реализуется режим течения с возбуждением акустических автоколебаний в полости. Частота колебаний соответствует первой собственной частоте, а среднеквадратические значения пульсаций давления достигают уровня 2300 Па. Численное моделирование на основе RANS-подхода, проведенное для геометрии и условий эксперимента, воспроизводит наблюдаемый эффект акустического возбуждения полости и дает близкие значения амплитуды пульсаций. На основе полученных расчетных данных проанализированы формы колебаний, возникающие при различных значениях объемного расхода.