№ 5 (2023)

Исследуются вынужденные нелинейные колебания газового пузырька в жидкости, когда частота колебаний внешнего давления жидкости равна собственной частоте колебаний пузырька (резонанс). Методом осреднения выведена простая формула зависимости амплитуды колебаний газового пузырька от амплитуды внешнего давления и теплофизических характеристик газа и вязкости жидкости. Показано ее хорошее согласие с численными расчетами до значения амплитуды колебаний радиуса пузырька, сравнимого с его равновесным значением.

На основе результатов численного моделирования проведено исследование факторов возникновения узких нестационарных течений, формирующихся в Черном море в нижней части постоянного пикноклина и глубже. Предпосылки генерации глубоководных противотечений в гидрофизических полях Черного моря изучены на примере его северо-восточного региона, где они обнаруживаются наиболее часто. В сентябре 2016 г. и феврале 2017 г. противотечения в районе северокавказского побережья были зафиксированы по данным наблюдений буя-профилемера ARGO ID6901833. На основе численной модели МГИ с разрешением 1.6 км и ассимиляцией данных гидрологических наблюдений температуры и солености выполнено численное моделирование гидрофизических полей Черного моря для периода 2016–2017 гг. По результатам расчета воспроизведено изменение направления глубоководных течений в указанном районе, проанализированы поля основных гидрофизических параметров и их производные характеристики. Показано влияние мезомасштабных антициклонических вихрей и градиентов плотности на структуру и изменчивость поля скорости. Установлено, что противотечения распространялись в антициклоническом направлении вдоль материкового склона на горизонтах от 50–100 до 500 м в течение нескольких суток, а их формирование происходило в условиях ослабления циклонического Основного Черноморского течения в верхнем слое моря и усиления Керченского антициклона.

Используя полные уравнения Навье–Стокса, рассмотрена линейная устойчивость плоского течения Пуазейля в канале с гофрированной нижней стенкой. Стенка гофрирована поперек потока, и основное течение имеет одну компоненту скорости. Возмущения полей скорости и давления являются трехмерными с двумя волновыми числами. Численно решается обобщенная задача на собственные значения. Найдено, что критическое число Рейнольдса, выше которого появляются нарастающие во времени возмущения, сложным образом зависит от безразмерной амплитуды и периода гофрирования. Величина отношения амплитуды и периода гофрирования разделяет область безразмерной амплитуды гофрирования на две, где зависимости критического числа Рейнольдса от параметров гофрирования качественно различны.

Представляются новые тесты для пакетов прикладных программ и моделей турбулентности для валидационных задач высокоинтенсивных вихревых течений около структурированных энергоэффективных поверхностей. Идея тестирования основывается на открытии аномальной интенсификации отрывных течений и теплообмена в наклонных канавках на пластинах и стенках каналов. В канавках за счет экстраординарных перепадов давления, подтвержденных экспериментами, генерируются закрученные потоки с высокими скоростями возвратного и вторичного течения, сопоставимыми со скоростью внешнего потока. Также внутри канавок формируются высокоградиентные зоны с трением и теплоотдачей, многократно (от 1.5–2 до 7–9 раз) превосходящих трение и теплоотдачу на плоской стенке. В качестве примера проходит тестирование пакет VP2/3, разработанный на основе оригинальных многоблочных вычислительных технологий и использующий разномасштабные пересекающиеся сетки. Сравнение численных прогнозов с экспериментами М.А. Зубина подтвердило высокие перепады статического давления между зоной торможения на наветренном склоне наклонной канавки и областью отрицательного давления в месте генерации торнадоподобного потока на входном сферическом сегменте, а также продемонстрировало приемлемость RANS-подхода для прогнозирования характеристик высокоинтенсивных закрученных потоков.

Исследуется устойчивость покоящейся поверхности кипения воды в высокотемпературных породах, когда область воды расположена над областью пара. Показано, что решение неединственно и существуют два положения поверхности раздела. При изменении параметров решения сближаются и происходит слияние решений, а в некотором диапазоне параметров стационарное решение не существует. Методом нормальных мод исследована устойчивость положений поверхности раздела. Получено дисперсионное уравнение, которое исследовалось численно и аналитически. Показано, что переход к неустойчивости происходит при уменьшении давления в области пара или увеличении давления в области воды. Представлены бифуркационные диаграммы, иллюстрирующие слияние и несуществование решений, а также выделены части ветвей, соответствующие устойчивым и неустойчивым режимам течения.

Исследуется поперечный удар импульсной микроструи воды по одиночным цилиндрическим волокнам. Методами высокоскоростной фотографии зафиксированы стадии выброса, распада и столкновения микроструи. Обнаружены значительное замедление микроструи волокном и ее расщепление на две части. Обсуждаются механизмы наблюдаемых явлений и влияние различных факторов.

Измерены интегральные и временные спектральные характеристики ударно нагретого воздуха в интервале скоростей ударной волны от 7.35 до 10.4 км/с при давлении перед фронтом ударной волны p₀ = 0.25 Торр. Эксперименты проведены на ударной установке DDST-M Института механики МГУ. Исследован диапазон волн излучения λ = 600–1100 нм, соответствующий видимой и ближней инфракрасной областям спектра, в которых основной вклад в излучение дают атомарные линии азота и кислорода. Проведен анализ полученных интегральных по времени спектрограмм излучения. Выделены особенности временных осциллограмм для наиболее типичных атомарных линий спектра. Данные измерений сравниваются с экспериментальными данными других авторов.