ЧЕЛЯБИНСКИЙ ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ

Представлены результаты численного исследования горения струй водорода, инжектируемых в высокоскоростной воздушный поток перед внезапным расширением канала. Показано, что при постоянных входных условиях в канале реализуется режим пульсирующего горения, который сохраняется при повышении температуры стенки от 300 до 900 К. Рост температурного фактора приводит к снижению частоты осцилляций и уменьшению их амплитуды.

Проводится численное моделирование газового потока в тракте биканальной резонансной системы ИТПМ СО РАН. Численное моделирование нестационарного акустоконвективного потока проведено с помощью программного пакета Ansys Fluent в трёхмерной постановке. В результате моделирования получены газодинамические характеристики течения в центральной части системы, где формируется сверхзвуковая недорасширенная струя. Выполнен анализ распределений давления в ближнем поле первой бочки струи, а также внутри её структуры в условиях биканальной системы. Для исследования выбраны шесть точек в ближнем поле струи. С учётом нестационарности потока в тракте резонансной системы исследуемые точки фиксируют колебания формируемого потока и изменение структуры струи. Проведена оценка спектрального состава вблизи и внутри невозмущённой резонатором струи и представлено сравнение со спектром резонансной системы. Показана возможность влияния на структуру струи и акустические характеристики вблизи струи при помощи резонатора.

Представлены результаты численного исследования закономерностей распространения пламени углеметановоздушной смеси в узком цилиндрическом канале при наличии сил вязкого трения. Постановка задачи основана на подходах механики двухфазных реагирующих сред. Метод решения задачи основан на алгоритме распада произвольного разрыва. Проведённое численное исследование позволило определить скорости распространения пламени углеметановоздушной смеси в осесимметричном канале. Показано, что на начальном этапе при достижении фронтом горения боковых стенок канала скорость пламени увеличивается. Этот эффект был получен ранее для невязкого газа. Получено, что фронт пламени газовзвеси с малым содержанием угольной пыли по мере продвижения по открытому каналу стремится к плоскому, не зависящему от координаты вдоль радиуса канала.

Представлено теоретическое исследование горения в манометрической бомбе постоянного объёма заряда, состоящего из зёрен высокоэнергетического материала, содержащего наноразмерный порошок алюминия. Проведено сравнение экспериментально замеренной зависимости роста давления в манометрической бомбе с расчётами по термодинамической модели горения навески высокоэнергетического материала в манометрической бомбе с использованием эмпирического закона зависимости скорости горения от давления и по сопряжённой модели нестационарного горения. Проведён численный анализ влияния добавки наноразмерного порошка алюминия в состав высокоэнергетического материала на динамику горения заряда в манометрической бомбе.

Исследуются деформации стенок аорты при аневризме (расширении) и расслоении стенок. Проведены численные расчёты нагрузки на стенки аорты при таких деформациях. Показано, что разрыв внутреннего слоя сосуда приводит к увеличению напряжения на внешней стенке сосуда. Увеличение толщины и длины разрыва увеличивает напряжения на внешней стенке сосуда. Наличие аневризмы сосуда увеличивает напряжения по сравнению с сосудом без аневризмы. Расслоение внутренней стенки сосуда приводит к увеличению напряжения на стенке напряжения падают с ростом ширины разрыва для прямого сосуда и растут для сосуда с аневризмой.

Работа посвящена исследованиям по применимости мембранно-сорбционного метода для разделения водородно-гелиевых смесей. Экспериментально получены сорбционные зависимости поглощения водорода и гелия для синтетических полых микросфер из натрийборсиликатного стекла типа МС-В-1Л, кремнезёмных микросфер и гранулированного сорбента на основе микросфер МС-В-1Л. Показано значительное различие в темпах сорбционных процессов водорода и гелия для исследуемых сорбентов. На основе модели диффузии газа определены кинетические характеристики поглощения, коэффициенты проницаемости и селективности, динамические характеристики процессов сорбции водорода и гелия гелий-водородных смесей различного состава данными сорбентами. Для кремнезёмных микросфер коэффициент селективности по отношению к водороду и гелию при 24 ◦C превышает 130, а для гранулированного сорбента на базе микросфер МС-В-1Л составляет примерно 1000 при 110 ◦C. Высокие значения селективности исследуемых сорбентов подтверждают возможность и эффективность применения мембранно-сорбционного метода для разделения водородно-гелиевых смесей.

Представлены результаты теоретического исследования максимальной температуры газа, пористой среды и скорости стационарной волны фильтрационного горения водородо-воздушной смеси при теплопотерях. Исследование вышеупомянутых параметров проводилось как на основе численного метода решения системы дифференциальных уравнений, описывающих стационарный режим распространения волны, так и с помощью аналитических зависимостей, выведенных посредством рассмотрения эквивалентной математической модели ФГГ при наличии теплопотерь. Идентичность значений скорости стационарной волны, рассчитанных по формуле и по численному методу Рунге Кутта для различных составов и скорости вдува смеси, даёт основание говорить о достоверности результатов исследования. Результаты анализа численного расчёта распределения температур в волне горения показывают, что при относительно небольших диаметрах частиц пористой среды, меньше 1 мм, и скорости вдува до 5 м/с профили температур пористой среды и смеси газов не отличаются, т. е. имеет место однотемпературная структура волны. Вне этих пределов температуры фаз в зоне горения существенно отличаются, т. е. наблюдается различие максимумов температур твёрдой и газовой фаз.

Представлены формулы расчёта скорости стационарной волны и температуры воспламенения при фильтрационном горении водородо-воздушной смеси в инертной пористой среде. В соответствии с полученной формулой температура воспламенения плавно возрастает с увеличением скорости вдува смеси и понижается с увеличением диаметра частиц пористой среды. Расчётные скорости волны возрастают с увеличением скорости вдува смеси и переходят в другие режимы скоростей.

Данное исследование направлено на экспериментальное изучение параметров газодинамического потока в тракте акустоконвективной сушильной установки (АКСУ) ИТПМ СО РАН. В процессе эксперимента проводится регистрация температуры потока в окрестности торца резонирующей полости и на поверхности цилиндрического резонатора. Рассмотрено два варианта газодинамического течения в волноводе при установленном в тракт рабочей части АКСУ образца и при его отсутствии. В результате экспериментальных исследований выявлено, что при помещении исследуемого образца в тракт АКСУ происходит изменение зарегистрированного без образца сигнала на входе в рабочую часть, сигнал разворачивается на 180◦ относительно точки начала координат, при этом АЧХ и температура рабочего потока не изменяются. Получена динамика изменения температуры газа возле торца резонирующей полости при размещении образца в рабочую часть АКСУ. Определена максимальная температура газа в резонирующей полости, которая достигается при наличии преграды в тракте АКСУ. Регистрация температуры поверхностными термопарами показала, что резонатор условно можно разделить на две области: 1) возле глухого торца резонатора, где наблюдается влияние от размещения образца в АКСУ; 2) возле открытого края резонатора, где влияние отсутствует.

В рамках eN -метода выполнены сравнительные расчёты положения начала зоны ламинарно-турбулентного перехода для двух точек на траектории посадки космического аппарата на поверхность Марса. В расчётах использовалась трёхкомпонентная модель термохимически неравновесной смеси CO2/CO/O. Набор частот пространственных возмущений находился по нейтральным кривым для первых неустойчивых мод временны´х возмущений. Число Рейнольдса перехода ReδT определялось по огибающим семейств кривых N -факторов при NT = 8. Для режима течения при числе Маха M = 12.6 учёт развитой термохимической неравновесности приводит к значительному снижению статической температуры газа в нижней части пограничного слоя. В результате начало зоны ламинарно-турбулентного перехода сдвигается вниз по потоку примерно на 9 % по сравнению со случаем совершенного газа.

В рамках eN -метода выполнены сравнительные расчёты положения начала зоны ламинарно-турбулентного перехода для двух точек на траектории посадки космического аппарата на поверхность Марса. В расчётах использовалась трёхкомпонентная модель термохимически неравновесной смеси CO2/CO/O. Набор частот пространственных возмущений находился по нейтральным кривым для первых неустойчивых мод временны´х возмущений. Число Рейнольдса перехода ReδT определялось по огибающим семейств кривых N -факторов при NT = 8. Для режима течения при числе Маха M = 12.6 учёт развитой термохимической неравновесности приводит к значительному снижению статической температуры газа в нижней части пограничного слоя. В результате начало зоны ламинарно-турбулентного перехода сдвигается вниз по потоку примерно на 9 % по сравнению со случаем совершенного газа.

Проведено численное исследование влияния температуры стенки и учёта теплового излучения на процессы самовоспламенения и горения водородно-воздушной смеси в плоском канале. Моделирование выполнено в программном комплексе Ansys Fluent 2020 R1. Анализ результатов расчётов с различными температурами стенок показал, что при температурах выше 550 К реализуется самовоспламенение смеси и распространение волны горения, переходящее в детонацию. Движение детонационной волны вверх по потоку и её выход в узкую часть канала свидетельствуют о режиме запирания канала. Показано, что учёт теплового излучения способствует более позднему воспламенению смеси, но не влияет на характер течения и скорости образования продуктов сгорания.