# Аэро-, гидромеханика, реология структурно-сложных сред
Председатель секции д.ф.-м.н. Бошенятов Борис Владимирович

Устные доклады 21 | Постеры

21 ноября
15:40–16:00

Аннотация

Пористые среды, встречающиеся в природе и некоторых технологических процессах, часто имеют многомасштабную иерархическую структуру. Конфигурация, когда пространство между непроницаемыми твердыми зернами заполнено пористой средой с зернами много меньшего размера, является одной из возможных. В случаях, когда пористая матрица достаточно разрежена и характеризуется высокой проницаемостью, вязкие пограничные слои вблизи поверхности зерен могут занимать значительную долю межзеренного пространства. Описание течения с помощью закона Дарси, предполагающее, что собственные вязкие напряжения в несущей фазе пренебрежимо малы по сравнению с межфазной силой, в данной ситуации не адекватно.
В работе рассматривается медленная безынерционная трехмерная установившаяся фильтрация жидкости в композиционной среде, состоящей из разреженной проницаемой матрицы и твердых сферических включений, расположенных в узлах периодической решетки. Течение описывается уравнениями Бринкмана. Получены фундаментальные решения для давления и скорости, явно учитывающие периодичность течения. Задача сведена к решению интегрального уравнения относительно распределения силы, действующей на единичную площадку по поверхности включения, численные решения которого для полного диапазона определяющих параметров и трех типов кубических решеток были получены методом Галеркина.

16:00–16:20

Аннотация

Моделирование взаимодействия аэрозольных течений с твердым телом представляет большой практический интерес, в частности в проблеме обледенения. Основные задачи работы состоят в разработке программного пакета, позволяющего моделировать удар кристаллов о твердое тело на молекулярном уровне и рекомендации по подбору материала в целях управления взаимодействием жидкости, газа и плазмы с твердым телом. Алгоритм моделирования дисперсных систем на молекулярном уровне может быть использован для тестирования упрощенных моделей динамики соответствующих течений. Программный комплекс позволяет исследовать структуру пограничного слоя на основании молекулярно-динамического моделирования, выбирать потенциалы парного межмолекулярного взаимодействии, численные схемы интегрирования уравнений динамики молекул и управлять граничными условиями. Разработанные алгоритмы и соответствующие программы позволяют использовать различные модели взаимодействия молекул с поверхностью твердого тела. Методом молекулярной динамики путем осреднения по ячейкам пространства получены анимации обтекания рельефной химически активной поверхности твердого тела. Управление характеристиками двухфазного пограничного слоя осуществляется путем изменения рельефа поверхности и подбора материала обтекаемого тела. Одна из задач разрабатываемых алгоритмов, методов и подходов заключается в подборе материалов с соответствующим рельефом, который будет обладать заданными свойствами без проведения дорогостоящих экспериментов и технологических процессов.
Представлены результаты моделирования методом молекулярной динамики взаимодействия переохлаждённых капель воды с рельефным твердым телом в пограничном слое воздуха. Приведены результаты тестирования различных схем интегрирования уравнений динамики молекул. Приведены расчеты ударов кубических и гексагональных нанокристаллов льда о поверхность твердого тела, обладающей различной степенью гидрофобности. Развитый алгоритм позволяет моделировать упругие свойства твердых тел при их взаимодействии с обтекаемым телом в потоке воздуха. Методами квантовой химии с помощью пакета Gaussian получены потенциалы взаимодействия молекул воды с различными атомами твердого тела. Построена математическая модель диссипативной динамики хаоса несферических кристаллов льда в неоднородном газе. Представлены результаты анимации неравновесной динамики хаоса несферических частиц в потоке газа вблизи твердого тела. В докладе будет представлены численные оценки применимости подхода [5] моделированию движения множества несферических частиц в газовом потоке.
Получены интерполяции экспериментальных исследований особенностей кристаллизации переохлажденной метастабильной жидкости, видеосъемка и телевизионная съемка соответствующих процессов. На основании проведенных экспериментов получены оценки излучения, которое может сопровождать движение фронта кристаллизации в переохлажденной воде в зависимости от температуры переохлаждения. Экспериментально подтвержден обнаруженный ранее эффект накопления необходимой для кристаллизации кинетической энергии удара переохлажденной жидкости о твердую поверхность. Построена статистическая диаграмма (рис), показывающая вероятность кристаллизации метастабильной жидкости в зависимости от интенсивности и количества механических воздействий. Эффект может быть объяснен наличием по меньшей мере трех минимумов потенциальной энергии многочастичного межмолекулярного взаимодействия.
Работа выполнена за счет гранта РНФ, проект № 16−19−10 472

Литература:
[1] Амелюшкин И.А., Стасенко А.Л. Взаимодействие нанокапель аэрозольного потока с твердым телом // Наноструктуры. Математическая физика и моделирование 2016. — Т. 14. — № 2. — С. 5−23.
[2] Nikolai V. Priezjev Molecular dynamics of oscillatory Couette flows with slip boundary conditions // Microfluid Nanofluid. — 2013. V. 14. — P. 255−233.
[3] Tiezheng Qian, Xiao-Ping Wang Driven cavity flow: from molecular dynamics to continuum hydrodynamics // Multiscale mode. Simul. — 2005 Society for Industrial and Applied Mathematics. — Vol. 3, No. 4, pp. 749−763.
[4] Werder T., Walther J.H., Jaffe R.L., Halicioglu T., Koumoutsakos P. On the Water-Carbon Interaction for Use in Molecular Dynamics Simulations of Graphite and Carbon Nanotubes // J. Phys. Chem. B 2003, 107, 1345−1352
[5] Амелюшкин И.А., Стасенко А.Л. Взаимодействие потока газа, несущего несферические микрочастицы, с поперечным цилиндром // Инженерно-физический журнал. — 2018. — Т. 91. № 3.

16:40–17:00

Аннотация

Аннотация
Дается анализ мировых и «локальных открытий» крупных вихрей: Да Винчи, Пушкина, Лермонтова, Рейнольдса, Маха, Таунсенда, Хинце, Корзина, Сполдинга, Тейлора, Кельвина-Гельмгольца, Михалке, Бенара, Бошенятова и др. без и с их локальной турбулентностью лорда Кельвина, Ричардсона, Колмогорова, Обухова, Ландау и без современных компьютерных программ «крупно вихревой симуляции».
Предлагается новая теплоаэрогазодинамическая схема «одностенного» гиперзвукового прямоточного ВРД с активно обнуленным внешним сопротивлением трения (при перпендикулярном вдуве паров аблирующего энергоматериала оболочки) и активно обнуленного лобового ударно-волнового сопротивления кормовым тепловым конусом факела пламени гиперзвукового горения. Для этой схемы решены две разновидности прикладной задачи вихревой механики: с ламинарным и вихревым (по старому — «турбулентным») подслоем вдува.

17:00–17:20

Аннотация

Представлены новые результаты исследований проблемы взаимодействия волн цунами с подводными преградами, проводимых в гидродинамическом лотке Института прикладной механики. Исследовано взаимодействие волны цунами с подводным барьером конечной толщины. При этом изменялась только толщина преграды D, начальная глубина воды в гидродинамическом лотке (Н = 0.103 м), параметры падающей на преграду волны (высота, А = 0.007 м, длина λ = 3 м) и высота преграды (h = 0.095 м) оставались неизменными и соответствовали условиям интенсивного вихреобразования вблизи тонкой преграды: параметр нелинейности — А/Н = 0.068, параметр преграды — h / (Н+А) = 0.864. Моделирование экспериментов производилось на основе численного решения (методом VOF) полных двумерных уравнений Навье-Стокса, при соответствующих граничных условиях на жестких стенках и свободной поверхности.

Постерная сессия | Устные доклады

10:53–11:13

Аннотация

Математически моделируются трехмерные стационарные и нестационарные течения идеального политропного газа в условиях действия сил тяжести и Кориолиса. Решается начально-краевая задача, поставленная для системы уравнений газовой динамики. Полученное решение задачи описывает течение, возникающее при плавном стоке газа через поверхность вертикального цилиндра заданного ненулевого радиуса в окрестности непроницаемой плоскости z=0. Доказано, что данная задача также является характеристической задачей Коши стандартного вида и поэтому при условии аналитичности входных данных у нее существует единственное аналитическое решение. Решение строится в виде степенного ряда по степеням z, анализ первых коэффициентов которого показывает, что при начале радиального стока внутрь цилиндра сразу возникает окружное движение газа, закрученное в Северном полушарии в положительном направлении и в отрицательном направлении для случая Южного полушария. Установленные факты являются математическим обоснованием результатов соответствующих экспериментов в части возникновения закрутки и направления этой закрутки. Начальный отрезок ряда, задающий это аналитическое решение, используется для моделирования стационарного и трехмерного нестационарного придонного течения таких природных вихрей как торнадо и тропические циклоны. Приведены результаты расчетов газодинамических параметров для торнадо всех классов и тропического циклона, а также проведен сравнительный анализ газодинамических характеристик всех классов торнадо по расширенной шкале Фудзиты для углов:, , и их сравнение с данными натурных наблюдений за торнадо различных классов и среднего по своим характеристикам тропического циклона. Проведен расчет кинетической энергии для торнадо всех классов и тропического циклона средней интенсивности.

15:24–15:44

Аннотация

Аннотация
Рассмотрена задача автозапуска маломасштабного ВЗУ с помощью ряда турбулизаторов. Объектом исследования стала модель, имеющая односкачковой сверхзвуковой воздухозаборник с изменяемой площадью горла и сменной пластиной. Эксперименты проводились на высоте горла, считающейся критической для возможности автозапуска. Использование турбулизаторов позволило снизить высоту горла, приблизив таким образом предел автозапуска к теоретическому пределу Кантровица.

18:18–18:38

Аннотация

Аннотация
В приближении Стокса на основе метода самосогласованных точечных сил (МСТС) рассмотрена задача о формировании цепочки пузырьков при их барботировании в жидкость из заданной точки вблизи плоской твердой вертикальной стенки. Исследованы характерные особенности структуры цепочек, обусловленные гидродинамическим взаимодействием пузырьков со стенкой. Показано, что внешняя граница оказывает существенное влияние на динамику таких дисперсных структур.

13:57–14:17

Аннотация

Предложен механизм формирования турбулентности, основанный на представлениях о том, что первичным и единственным источником турбулентности являются турбулентные вихри, образующиеся на границах турбулентного потока, и только через эти вихри осуществляется перенос кинетической энергии от среднего течения к энергии турбулентных пульсаций. Для турбулентных струй результатом этих представлений явился вывод замыкающего уравнения захвата внешней среды, иначе, уравнения баланса турбулентной жидкости, а для турбулентных течений в каналах обобщенного выражения для параметра эффективной шероховатости, для гладких и шероховатых каналов в единой форме описывающим логарифмический закон трения.

16:49–17:09

Аннотация

В работе предложена модель, объясняющая наблюдаемое экспериментально в ряде работ зависимость растворимости в воде газов (в частности атмосферного воздуха) от статического магнитного поля. Согласно предложенной модели в воде существует равновесная концентрация заряженных нанопузырей. При движении в магнитном поле их заряд уменьшается за счет сил Лоренца, стимулируя процесс коалесценции пузырей. Показано, что растворимость газа в воде при этом увеличивается.
Данный механизм может стать основой для обоснования влияния магнитного поля Земли на растворимость углекислого газа в мировом океане, что, по мнению ряда авторов, стало причиной «парникового эффекта».

16:44–17:04

Аннотация

В работе определены условия существования заряженных воздушних нанопузырей в воде, а также их деления и коалесценции. Учтено, что по закону Генри давление атмосферного воздуха через соответствующую концентрацию газа в воде обеспечивает давление 1 атм в нанопузыре. Построены кривые зависимости заряда нанопузырьков от их радиуса, соответствующие границам областей диффузии, деления и коалесценции. Учтено, что в стационарном состоянии убыль пузырей из-за их деления и диффузии воздуха в воду компенсируется процессом гомогенной генерации новых нанопузырей