WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

ГЛУШНЕВА Александра Владимировна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

СВЕРХЗВУКОВЫХ ТЕЧЕНИЙ ГАЗА

С ИНТЕНСИВНЫМ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕМ

Специальность 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва – 2014

Работа выполнена в Московском физико-технический институте (гу).

Научный руководитель: Сон Э.Е.

доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, Объединенный институт высоких температур РАН, Москва.

Официальные оппоненты: Шиплюк А.Н.

доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича РАН, Новосибирск;

Знаменская И.А.

доктор физико-математических наук, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва.

Ведущая организация: Институт проблем механики им. А.Ю.

Ишлинского РАН, Москва.

Защита состоится «_» _2014 г. в_ч._мин. на заседании диссертационного совета Д-002.110.03 Федерального государственного бюджетного учреждения науки Объединенного института высоких температур РАН по адресу: 125412, Москва, Ижорская ул. 13, стр. 2, экспозал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН.

Автореферат разослан « _ » _2014 г.

Ученый секретарь диссертационного соверта Д-002.110.03, Директор Л.Б.

д. т. н.

© ФГБУН Объединенный институт высоких температур Российской академии наук,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Нестационарные газодинамические течения в каналах и соплах, несмотря на длительную историю их развития, до сих остаются недостаточно изученными. Новые средства измерений и программные инструментарии позволяют провести детальное изучение ранее не известных особенностей.




В настоящей диссертации предметом исследования являются два типа нестационарных газодинамических течений – сверхзвуковое истечение из канала в результате энерговыделения и взаимодействие скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем при сверхзвуковом обтекании нагреваемой поверхности. Экспериментальные исследования нестационарных ударных волн, проведенные в ОИВТ РАН Т.В. Баженовой, Л.Г. Гвоздевой и В.В. Голубом [1], дают ответы на многие вопросы, но ряд задач, связанных с интенсивным энергоподводом, остается пока нерешенным ввиду чрезвычайной сложности вопроса. Экспериментальные и теоретические исследования нестационарных течений газа с омическим энерговыделением в разрядных камерах были инициированы прикладными задачами, связанными с разработкой и созданием молниезащитных устройств и ограничителей перенапряжений (ОПН) на основе искровых разрядных камер [2], которые являются одним из перспективных направлений высоковольтной электроэнергетики. Принцип действия ОПН на основе искровых разрядников заключается в пробое последовательно соединенных разрядных промежутков, образующих мультикамерную систему (МКС), при возникновении перенапряжения на высоковольтной линии, которое сопровождается истечением сверхзвуковой струи плазмы из канала камеры в атмосферу [2]. В искровых камерах молниезащитных устройств выделяется значительное количество энергии, что приводит к большим температурам струи и сверхзвуковому истечению из камеры. Другая особенность заключается в том, что характерное время протекания разряда сравнимо со временем истечения струи из камеры. Это отличает истечение из разрядной камеры от импульсных струй, моделируемых при помощи ударной трубы. В настоящей работе изучаются особенности формирования высокотемпературной импульсной струи в результате искрового разряда.

Фундаментальные исследования теплообмена в сверхзвуковом потоке газа с охлаждаемыми и нагреваемыми стенками, выполненные в работах С.С. Кутателадзе, А.И. Леонтьева [3] и других исследователей, привели к значительной завершенности проблемы, однако, в последнее время, появились методы снижения аэродинамического сопротивления с использованием тел или устройств, помещаемых перед головной частью летательного аппарата (ЛА).

Основная идея состоит в замене прямого скачка уплотнения на систему косых скачков, на которых потери полного давления меньше. Для этого перед затупленным телом помещают иглу, на острие которой образуется слабая ударная волна. Исследования показывают, что нагрев иглы выгодно сказывается на уменьшении сопротивления благодаря изменению зоны отрыва пограничного слоя. Для решения этой задачи необходимо исследовать влияние нагрева поверхности на отрыв турбулентного пограничного слоя. В настоящей работе экспериментально моделировалось двумерное течение на геометрии, содержащей нагреваемую плоскость с присоединенным к ней клином. Эта конструкция ниже называется рампой.

Цель диссертационной работы Цель данной работы — исследование нестационарной сверхзвуковой высокотемпературной струи, истекающей из канала в затопленное пространство при интенсивном энерговыделении в канале, и исследование влияния нагрева поверхности на турбулентный пограничный слой при обтекании сверхзвуковым потоком плоскости с присоединенным клином.





Задача исследования импульсного истечения из канала разрядной камеры заключалась в определении влияния профиля выходного канала и энергии, выделившейся в искровом разряде, на динамику распространения ударной волны и высокотемпературной струи. Измеряемыми параметрами являлись:

скорость распространения контактной поверхности струи, скорость газа в центре струи, размер вихревого кольца, диаметр ядра вихря и значение циркуляции в области вихревого кольца. Задача исследования рампы сверхзвуковым потоком заключалась в изучении влияния нагрева поверхности на протяженность зоны отрыва турбулентного пограничного слоя и на колебательные движения границ зоны отрыва.

Научная новизна С помощью современных методов диагностики с высоким пространственным разрешением проведено исследование распространения вихревой структуры в процессе импульсного истечения высокотемпературной струи из канала разрядной камеры. Экспериментально обнаружено вторичное вихревое кольцо, формирующееся перед основным вихревым кольцом в импульсной струе и закрученное в том же направлении, что и основное вихревое кольцо. Изучено формирование и распространение вихревой структуры в результате нагрева газа электрическим разрядом в канале.

Обнаружено убывание значения циркуляции в области вихревого кольца или системы вихревых колец (в случае двух вихревых колец) до момента отрыва вихревого кольца. Обнаружено, что расширяющаяся геометрия канала способствует более раннему отрыву вихревой структуры от спутной струи, что позволяет сделать вывод о том, что в данном случае процесс аккумуляции энергии вихревой структурой происходит быстрее, чем в случае цилиндрического канала.

С помощью качественных и количественных методов диагностики исследовано взаимодействие скачков уплотнения с турбулентным пограничным слоем на нагретой поверхности. Определено, что увеличение зоны отрыва имеет линейную зависимость от отношения температуры поверхности к температуре набегающего потока. Показано, эффект увеличения зоны отрыва нельзя полностью объяснить с помощью теории свободного взаимодействия.

Также показано, что при увеличении нагрева поверхности происходит перераспределение энергии между основными динамическими модами потока в сторону мод, отвечающих за колебательное движение отрывной зоны и скачка уплотнения. Показано, что нагрев поверхности способствует усилению колебания границ зоны отрыва.

Практическая значимость Экспериментальное изучение структуры импульсной струи и эволюции параметров вихревой структуры в зависимости от энергии, вложенной в газ и геометрических параметров выходного канала представляют значительный научный интерес, позволяя проверить теоретические модели, описывающие процессы распространения ударных волн и формирования нестационарных струй в результате локализованного энерговыделения. Данные исследования также имеют практическую ценность для изучения влияния геометрии выходного канала на распространение струи и оптимизации конструкций мультикамерных разрядников, использующихся в нелинейных ограничителях перенапряжения (ОПН) на высоковольтных линиях.

Экспериментальное изучение отрыва турбулентного пограничного слоя на нагреваемой поверхности имеет научную значимость, так как полученные результаты позволяют скорректировать законы подобия для протяженности отрыва пограничного слоя в условиях неадиабатической поверхности и изучить влияние теплообмена на нестационарное взаимодействие скачка уплотнения с пограничным слоем.

Основные результаты, представляемые к защите 1. Результаты скоростной шлирен-визуализации распространения ударной волны и головной поверхности высокотемпературной импульсной струи, на основании которых получена зависимость распространения ударной волны и головной поверхности струи от величины энергии, выделенной в разрядном промежутке.

2. Экспериментальная зависимость пространственно-временных характеристик вихревой структуры для различных типов каналов разрядной камеры (цилиндрического и расширяющегося канала).

3. Зависимость длины отрыва турбулентного пограничного слоя от отношения температуры стенки к температуре набегающего сверхзвукового потока при 4. Экспериментальные результаты визуализации методом PIV возвратного течения в зоне отрыва и в зоне присоединения турбулентного пограничного слоя.

Апробация работы Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях, в том числе: на международной конференции «Equation of State for Matter» (Эльбрус, 2012); на IX Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (Алушта, 2012); на международной конференции «Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter» (Эльбрус, 2013), на XVIII Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (Алушта, 2013), на 54 (2011 г.), 55 (2012 г.), 56 (2012 г.) фундаментальных и прикладных наук», на 2-й Всероссийской научной конференция «Механика наноструктурированных материалов и систем».

(Москва, 2013).

Личный вклад автора Создание экспериментальной установки для изучения процесса импульсного истечения из канала разрядной камеры. Создание экспериментальной установки для исследования процесса взаимодействия скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем. Разработка и создание модели рампы с подогревающейся поверхностью и изменяемым углом наклона рампы к потоку. Отладка методик диагностики импульсного истечения и методик диагностики отрыва турбулентного пограничного слоя. Обработка и анализ полученных экспериментальных данных. Выступление на конференциях с результатами работы по теме диссертации, в том числе и на международных конференциях.

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и списка цитируемой литературы (54 ссылки). Объем диссертации составляет страниц. Работа содержит 62 рисунка.

Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в 11 работах, включая статьи (из перечня ВАК), 8 тезисов на тематических конференциях.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во Введении отражена актуальность работы, обозначены основные цели работы, отмечена новизна исследования и практическая значимость, приведены основные положения диссертации, выносимые на защиту, и описана структура диссертации.

выcокотемпературной газовой динамики с импульсным мгновенным и распределенным во времени энерговыделенями. Рассмотрена постановка задач, методы решения в общем случае интенсивного энерговыделения. В качестве прикладной задачи в области электроэнергетики рассмотрена проблема разработки новых типов ограничителей перенапряжений на основе разрядников с мультикамерной системой.

Импульсная струя состоит из тороидальной вихревой структуры (вихревого кольца) и спутной струи за ней. Вихревое кольцо характеризуют следующие параметры: радиус кольца R, радиус поперечного сечения ядра вихря a, циркуляция вихревого кольца Г, поступательная скорость W, величина импульса Р и энергия Е [4]. Исследования высокотемпературных струй [1] показывают, что температурный фактор влияет на структуру импульсной струи.

Для импульсных струй, формирующихся в результате нагрева дуговым разрядом, время энерговклада сравнимо по порядку величины со временем истечения струи из канала, что влияет на характер распространения струи и ударной волны. Сложности теоретического описания распространения струи связаны с тем, что доля энергии, выделяемая в кинетическую энергию струи в канале не определена. Энергия затрачивается на испарение электродов, на излучение, на диссоциацию и ионизацию, а также на кинетическую энергию потока и образование ударной волны.

Распространение ударной волны внутри канала можно рассчитать с помощью модифицированного метода x-t диаграмм [5]. Связь плотности с давлением в общем случае можно определить через уравнение неразрывности и уравнение энергии, которое в данном случае записывается в виде уравнения для энтропии:

здесь s – удельная энтальпия, – электропроводность плазмы в зоне разряда, E – электрическое поле в области разряда. Используя приближение локального химического и термодинамического равновесия, плотность можно определить через давление и энтропию: ( p, s). С помощью термодинамического выражения уравнение неразрывности преобразуется к следующему виду:

Комбинируя полученное уравнение неразрывности (1) с уравнением движения Эйлера, получаем новые инварианты, зависящие в каждой точке пространства от энерговыделения E 2 в области разряда. Это приближение при известной зависимости электропроводности плазмы от плотности и распределения электрического поля в пространстве замыкает решение задачи в области энерговыделения. Задача сводится к задаче распада разрыва в ударной трубе, если считать, что:

1) энерговклад происходит мгновенно и идет только на возбуждение поступательной степени свободы частиц газа (нагрев газа);

2) объем области энерговыделения не зависит от значения энергии, не учитывается радиационный перенос энергии.

В этом случае зависимость числа Маха ударной волны от отношения температуры в области разряда к температуре в невозмущенной области аппроксимируется линейной функцией: M s 0.6 0.4, где T4 T 1 ~ E.

При учете процессов дополнительного расхода энергии на диссоциацию, разрушение электродов, электромагнитное излучение, зависимость скорости ударной волны от энергии, выделившейся в разрядном промежутке, будет более слабой. Приближенную зависимость скорости ударной волны от времени и расстояния от точки разряда можно оценить используя задачу о сильном взрыве в одномерном случае. Расстояние, которое проходит ударная волна зависит от времени, плотности невозмущенного воздуха и энергии, выделившейся в разряде x f (t, E, ). Зависимость положения ударной волны и скорости ее распространения от времени определяется следующими выражениями [7]:

Также в главе 1 приведен анализ работ по изучению взаимодействия пограничного слоя с ударной волной. Критерий отрыва пограничного слоя в случае продольного градиента давлений выводится из теории свободного взаимодействия, полагающей, что на параметры отрыва влияют только параметры натекающего пограничного слоя в точке отрыва и. Критерием отрыва является отношение давления за точкой отрыва к давлению внешнего потока. Зависимость длины отрыва турбулентного пограничного слоя от числа Рейнольдса экспериментально выведена в [8]. Влияние теплообмена на критерий отрыва турбулентного пограничного слоя получено в [7, 8]. В [9] выведена и экспериментально подтверждена зависимость критерия отрыва от числа Маха и температурного фактора. Взаимодействие турбулентного пограничного слоя со скачком уплотнения носит нестационарный характер.

Известно, что имеют место низкочастотные колебания положения скачка уплотнения и зоны отрыва [10]. Одна из гипотез, объясняющих низкочастотные колебания зоны отрыва относится к когерентным структурам, возникающим в натекающем пограничном слое. Нагрев пограничного слоя способен усилить пульсации в пограничном слое, что приведет к соответствующему увеличению колебания зоны отрыва и скачка уплотнения. В данной работе было экспериментально исследовано влияние теплообмена на отрыв и колебания турбулентного пограничного слоя.

В главе 2 описано экспериментальное оборудование для изучения импульсного истечения высокотемпературной струи. Установка состоит из разрядной камеры, соединенной каналом с атмосферой. На дне канала располагаются электроды. Электроды подсоединены к конденсаторной батарее емкостью 25 мкФ, которая заряжается высоковольтным источником. Пробой инициируется с помощью третьего электрода расположенного между силовыми электродами ближе к катоду. Энергия, запасенная в конденсаторах, варьировалась в диапазоне от 40 до 450 Дж. Для изучения влияния геометрии канала на параметры струи были выбраны два типа разрядных камер: камера с цилиндрическим каналом и разрядная камера с расширяющимся каналом.

Также в главе 2 описана установка для изучения обтекания нагретой поверхности сверхзвуковым потоком, которая состояла из аэродинамической сверхзвуковой трубы СТ-4 и рампы, помещенной на выходе из сопла в рабочей камере (рис. 1). Геометрия сопла трубы рассчитана на сверхзвуковой поток с числом Маха М=2, что соответствует скорости потока 520 м/с и статистическому давлению струи p 0.15 атм. Рампа состоит из двух стальных пластин, которые крепятся под углом друг к другу, так, что первая пластина располагается параллельно потоку, а вторая – под углом к нему. Крепление позволяет менять угол между ними. Нагрев осуществляется с помощью электронагревателей, расположенных внутри пластин. Для измерения температуры поверхности применяются термопары, измеряющие концы которых подведены снизу через отверстия в пластинах.

Рис. 1. Схема вакуумной сверхзвуковой аэродинамической трубы СТ-4:

1 – пневмозадвижка; 2 – ресивер; 3 – сопло Лаваля; 4 – рабочая камера; 5 – рампа; 6 – окно для оптической реги-страции; 7 – вход в диффузор; 8 – диффузор; 9 – вакуумный затвор; 10 – привод вакуумного затвора; 11 – газгольдеры; 12 – лабораторные автотрансформаторы Также в главе 2 приводится описание диагностической аппаратуры и методики проведения экспериментов. Визуализация осуществлялась теневым методом диагностики. Для визуализации распространения струи и ударной волны применялись два режима съемки: с разрешением 1024x16 пикселей, скоростью съемки 200000 кадров в секунду без задержки относительно разряда с разрешением 1024x720 пикселей, скоростью съемки 5400 кадров в секунду и вариацией задержкой относительно разряда в диапазоне 0.000-180.000 мкс. Для количественного исследования структуры струи применялся метод Particle Image Velocimetry (PIV), позволяющий получить мгновенную картину полей векторов скоростей потока.

В главе 3 описаны основные результаты исследования импульсного истечения высокотемпературной струи из разрядной камеры. Диаграммы скорости распространения ударной волны из разрядной камеры, полученные с помощью теневого метода, показали, что скорость распространения ударной волны на выходе из камеры меняется в диапазоне 800-1600 м/с в зависимости от энергии, выделившейся в разрядном промежутке (рис. 2). Если энергия, выделившаяся в разрядном промежутке, не превышает 40 Дж, распространение ударной волны по каналу камеры можно приближенно, без учета конечности диаметра канала, описать формулами сильного взрыва (2). При больших энергиях это приближение дает заниженный результат скорости по сравнению с экспериментом. Аналитическая зависимость получена с помощью формул для сильного взрыва и экспериментальных данных о положении ударной волны на выходе из канала в момент времени t 24,5 мкс от начала разряда. Положение ударной волны отсчитывается от дна канала. Расхождение может быть объяснено тем, что приближение мгновенного взрыва не учитывает взаимодействие ударной волны и распространяющейся за ней струи газа.

Взаимодействие струи и ударной волны является следствием того, что время разряда (~100 мкс) сравнимо со временем истечения струи. Таким образом, струя в процессе истечения продолжает получать энергию от разряда. Для больших значений энергии это приводит к распространению слабых ударных волн от струи, которые догоняют первичную ударную волну. Такое взаимодействие выражается в локальных максимумах значения скорости распространения ударной волны для больших значений энергии. Сравнение диаграмм скорости распространения головной части струи из цилиндрического и расширяющегося каналов (рис. 3) показывает, что на стадии до ~50 мкс распространение головной части струи происходит быстрее в случае истечения из расширяющегося канала. Этот эффект объясняется тем, что расширяющийся канал представляет сверхзвуковое сопло, поэтому на выходе из расширяющегося канала скорость газа выше в начальный момент времени.

Рис. 2. Скорость ударной волны на выходе из канала от энергии, вложенной в разрядный промежуток Рис. 3. Временная зависимость скорости головной части струи:

1 – для цилиндрического канала; 2 – для расширяющегося канала Анализ полей векторов скоростей позволил определить эволюцию параметров вихревой структуры (рис.

4). Скорость струи в центре вихревого кольца на момент 200 мкс от начала разряда в 3 раза превышает скорость распространения вихревого кольца, поэтому струя газа проходит через середину кольца и образует вихревые структуры перед ним. Взаимодействие спутной струи и вихревого кольца приводит к росту диаметра вихревого кольца D и ядра d. Отношение d/D не меняется на наблюдаемом промежутке времени и составляет для цилиндрического и расширяющегося каналов ~0.5 и ~0. соответственно. Значение циркуляции в области вихревого кольца падает до завершения отрыва вихревого кольца. Отрыв вихревого кольца от спутной струи происходит, когда скорость газа в струе за вихревым кольцом становится меньше скорости вихревого кольца. Согласно мгновенным полям завихренности процесс отрыва завершается к моменту 400 мкс и 500 мкс для случая расширяющегося канала и цилиндрического канала соответственно.

После отрыва диаметр и циркуляция вихревого кольца в случае расширяющегося канала не изменяются. Скорость распространения вихревого кольца после отрыва составляет ~50 м/с.

Рис. 4. Эволюция параметров в области вихревого кольца:

1 – цилиндрическйи канал; 2 – расширяющийся канал При истечении из расширяющегося канала вихри, образующиеся перед основным вихревым кольцом, могут сформировать новое вихревое кольцо, которое находится перед ним и закручено в том же направлении, что и основное кольцо. В этом случае суммарное значение циркуляций обоих колец близко к значению циркуляции в случае единичного кольца. Профиль завихренности в плоскости вихревого кольца показывает, что распределение завихренности в ядре вихря имеет вид распределения Гаусса. Основываясь на характере распределения завихренности и предположении об адиабатическом движения вихревого кольца после отрыва, получено распределение плотности в ядре вихревого кольца и определено значение энергии вихревого кольца после отрыва. Среднее значение плотность в центре ядра составляет 1.086 кг/м (0.905) для цилиндрического канала и 0.932 кг/м3 (0.776) для расширяющегося канала. Следовательно, при истечении из расширяющегося канала в центре ядра вихря после отрыва газ более разреженный. Значение энергии для расширяющегося канала составляет 0.442 Дж, для цилиндрического – 0.269 Дж.

В главе 4 приведены результаты исследования движения сверхзвукового потока газа у нагретых тел.

В экспериментах с помощью Шлирен метода были получены теневые картины течения для клина с углом наклона 15, 20, 23, 30 на нагретой поверхности. Получена зависимость длины зоны отрыва турбулентного пограничного слоя Ls – кратчайшего расстояния от точки отрыва пограничного слоя до точки присоединения пограничного слоя, – от отношения температуры стенки к температуре набегающего потока воздуха Tw/T (температурного фактора). Длина зоны отрыва Ls определялась по шлирен-фотографиям. В экспериментах с нагретой поверхностью рампы отношение температуры стенки к температуре набегающего потока воздуха менялось в диапазоне Tw/T = 2–3.

Для эксперимента без нагрева Tw/T = 1.8. Зависимость длины Ls, нормированной на толщину невозмущенного натекающего пограничного слоя, от температурного фактора Tw/T при различных углах наклона клина представлена на рис. 5. Исходя из закона подобия, выведенного в [8] и значения числа Рейнольдса для пограничного слоя на рампе Re 104, длина отрыва равна:

где p2 давление в зоне отрыва, p3 давление за точкой присоединения отрывной зоны к поверхности клина. Давление p2 определяется исходя из критерия отрыва, определенного в [9].

где кр параметр, определяющий близость пограничного слоя к отрыву. На рис. 5 приведена зависимость длины отрыва для углов 15 и 20, вычисленная исходя из выражений (3) и (4). При увеличении температурного фактора теоретическая зависимость дает заниженное значение длины отрыва по сравнению с экспериментальной зависимостью. Расхождение теории и эксперимента можно объяснить тем, что на длину отрыва влияют также параметры пограничного слоя в точке присоединения, которые в теории свободного взаимодействия не учитываются. Влияние температурного фактора на присоединяющийся пограничный слой подтверждаются увеличением длины восстановления пограничного слоя, измеренной с помощью PIV. При увеличении Tw/T с 1.8 до 3.11 длина восстановления присоединенного пограничного слоя возрастает от 5 мм до 9.5 мм. Если ввести в соотношение (3) экспериментальным данным для неадиабатической поверхности.

С помощью метода PIV были получены усредненные поля векторов скоростей обтекания рампы с углом 30°. Для поверхностей с Tw/T = 2.77 и 3. в зоне отрыва присутствует область возвратного течения с максимальной скоростью ~0.1 U. Мгновенные поля скоростей в некоторые моменты времени показывают наличие зоны возвратного течения для Tw/T = 1.8, но при усреднении в зоне отрыва нет возвратного течения. Поля среднеквадратичного отклонения скорости показывают увеличение амплитуды колебаний границ отрывной зоны при возрастании Tw/T.

Был проведен анализ серий из 300 мгновенных полей векторов скоростей с помощью метода POD (Proper Orthogonal Decomposition). Согласно полученным результатам около 60 % «энергии» сосредоточено в первых 5-и пространственных модах (рис. 6). Первая и вторая пространственные моды относятся к колебательным движениям зоны отрыва. Для нагретой поверхности с Tw/T = 2.77 и 3.11 на первую моду приходится энергия порядка ~40 %.

Нагрев поверхности увеличивает значение «энергии» для мод, отвечающих за колебание отрывной зоны. Таким образом, нагрев приводит к увеличению колебаний границ зоны отрыва.

Рис. 5. Зависимость безразмерной длины отрыва от температурного фактора:

1, 2 – экспериментальные значение для углов 15 и 20 соответственно; 3, 4 – теоретические значения для углов 15 и 20 соответственно Рис. 6. Распределение энергии по динамическим модам:

1 – Tw/T = 1.8; 2 – Tw/T = 2.77; 3 – Tw/T = 3. диссертационной работы.

1. Получены экспериментальные данные по скоростной шлирен-визуализации распространения ударной волны и головной поверхности высокотемпературной импульсной струи, построена зависимость скорости ударной волны на выходе из канала от величины энергии, выделенной в разрядном промежутке. Диаграммы, полученные на основе шлиренвизуализации, показывают, что распространение контактной поверхности происходит быстрее в случае истечения из расширяющегося канала.

2. Методом PIV получены динамические картины процесса эволюции вихревой структуры в головной части импульсной струи и количественные данные по возникновению завихренности в сверхзвуковой затопленной струе. Обнаружено образование второго вихревого кольца в случае истечения из расширяющегося канала. Показано, что завихренность в ядре вихревого кольца распределена по закону Гаусса. Исходя из экспериментальных данных, получено распределение плотности и рассчитана энергия вихревого кольца после отрыва.

3. Экспериментально найдены временные зависимости пространственных характеристик вихревых структур для цилиндрического и расширяющегося каналов разрядной камеры. Обнаружено, что циркуляция в области вихревого кольца уменьшается до момента отрыва.

4. Получены результаты шлирен-визуализации процесса взаимодействия турбулентного пограничного слоя со скачком уплотнения. Найдена зависимость длины отрыва турбулентного пограничного слоя от отношения температуры стенки к температуре набегающего потока. Показано, что влияние нагрева поверхности нельзя описать теорией свободного взаимодействия.

5. Методом PIV получена картина течения в зоне отрыва и присоединения турбулентного пограничного слоя. Показано влияние нагрева поверхности на профиль скорости в присоединенном пограничном слое. Проведен анализ полей скоростей, в результате которого определено, что увеличение температурного фактора приводит к усилению колебания границ зоны

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Глушнева А.В., Савельев А.С., Сон Э.Е. Экспериментальное исследование импульсного истечения высокотемпературного газа из разрядной камеры с цилиндрическим и расширяющимся каналом // ТВТ. 2013. Т. 51. № 3. С. 381Глушнева А.В., Савельев А.С., Сон Э.Е. Взаимодействие скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем на нагретой поверхности // ТВТ. 2013. Т 51. № 6. С. 891–896.

3. Glushniova A.V., Saveliev A.S., Son E.E., Tereshonok D.V. Shock Wave-Boundary Layer Interaction on the Non-adiabatic Ramp Surface // High Temperature. 2014.

Vol. 2. P. 221-225.

4. Глушнева А.В., Сон Э.Е. Исследование истечения нагретого газа из канала цилиндрического профиля // Труды 54-й научной конференции МФТИ, г.

Долгопрудный, 2011. С. 70-71.

5. Glushniova A.V., Saveliev A.S. Experimental study of gas outflow from discharge chambers // Equations of State for Matter. Elbrus, 2012. P. 156-157.

6. Glushniova A.V., Saveliev A.S., Son E.E., Tereshonok D.V. Investigation of Gas Outflow from Discharge Chambers with Different Channel Geometry // Тезисы на IX Международную конференцию по неравновесным процессам в соплах и струях. Алушта, 2012. С. 158-160.

7. Глушнева А.В., Сон Э.Е. Исследование взаимодействия нагретого пограничного слоя и ударной волны образованной при обтекании клина сверхзвуковым потоком // Труды 55-й научной конференции МФТИ, г.

Долгопрудный, 2012. С. 85-86.

8. Glushniova A.V., Saveliev A.S., Son E.E. Experimental investigation of shock wave/boundary layer interaction in heated ramp surface // Interaction of Intense Fluxes with Matter. Elbrus, 2013. P. 91.

9. Глушнева А.В., Савельев А.С., Сон Э.Е. Исследование взаимодействия ударной волны с пограничным слоем при обтекании сверхзвуковым потоком нагретой рампы // Тезисы на XVIII Международную конференцию по вычислительной механике и современным прикладным программным системам. Алушта, 2013. С. 545-546.

10. Глушнева А.В., Савельев А.С., Сон Э.Е., Терешонок Д.В. Исследование взаимодействия турбулентного пограничного слоя с ударной волной в условиях интенсивного теплообмена // Труды 56-й научной конференции МФТИ, г. Долгопрудный, 2013. С. 51-52.

11. Глушнева А.В., Савельев А.С., Сон Э.Е., Терешонок Д.В. Исследование взаимодействия турбулентного пограничного слоя с ударной волной в условиях интенсивного теплообмена // Тезисы на 2-й всероссийской научной конференции Механика наноструктурированных материалов и систем.

Москва, 2013. С. 110.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Голуб В.В., Баженова Т.В. Импульсные сверхзвуковые струйные течения.

М: Наука, 2008. 279 с.

2. Подпоркин Г.В., Енькин Е.Ю., Калакутский Е.С., Пильщиков В.Е., Сиваев А.Д. Грозозащита ВЛ 10-35 кВ и выше при помощи мультикамерных разрядников и изоляторов-разрядников // Электричество. 2010. Т. 10. С. 11– 3. Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассообмен и трение в турбулентном пограничном слое. М.: Энергоатомиздат, 1985. 320 с.

4. Gharib M., Rambod E., Shariff K. A universal time scale for vortex ring formation // J. Fluid Mech. 1998. Vol. 360. P. 121–140.

5. Son E.E. Application of Riemann invariants to non-adiabatic 1D flows // Equations of State for Matter. Elbrus, 2014. P. 92–92.

6. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М: Наука, 1966. 688 с.

7. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1977.

8. Zheltovodov A.A., Shilein E.K., Horstman C.C. Development of Sepatation in the Region Where a Shock Interacts With a Turbulent Boundary Layer Perturbed by Rarefaction Waves // Appl. Mech. Tech. Phys. 1993. Vol. 5. № 3. P. 346–354.

9. Захаров Н.Н. Влияние теплообмена на отрыв турбулентного пограничного слоя // труды ЦИАМ. 1971. Т. 507. С. 70–84.

10.Поливанов П.А., Сидоренко А.А., Маслов А.А. Корреляционные исследования пульсаций при взаимодействии ударной волны с турбулентным пограничным слоем // МЖГ. 2010. Т. 36. № 3. С. 23–30.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

СВЕРХЗВУКОВЫХ ТЕЧЕНИЙ ГАЗА

С ИНТЕНСИВНЫМ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЕМ

ОИВТ РАН. 125412, Москва, Ижорская ул., 13, стр.

 
Похожие работы:

«РЕУТОВ АНАТОЛИЙ ИЛЬИЧ НАДЕЖНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЧЕТОМ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК Специальности 01.02.06 - динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры 01.02.04 - механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук ТОМСК 2011 www.sp-department.ru 2 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Томский...»

«ЛИСИНА Светлана Александровна КОНТИНУАЛЬНЫЕ И СТРУКТУРНОФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ В МЕХАНИКЕ СРЕД С МИКРОСТРУКТУРОЙ 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород – 2009 Работа выполнена на кафедре прикладной математики Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева и в Нижегородском филиале Института машиноведения им. А.А.Благонравова...»

«АЛМАЗОВА СВЕТЛАНА ВИКТОРОВНА ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ГОЛОНОМНОЙ МЕХАНИКИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОБСТВЕННЫХ ЧАСТОТ И ФОРМ КОЛЕБАНИЙ СИСТЕМЫ УПРУГИХ ТЕЛ 01.02.01. – Теоретическая механика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург 2008 Работа выполнена на кафедре теоретической и прикладной механики математикомеханического факультета Санкт-Петербургского государственного...»

«Долганина Наталья Юрьевна ДЕФОРМИРОВАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ СЛОИСТЫХ ТКАНЕВЫХ ПЛАСТИН ПРИ ЛОКАЛЬНОМ УДАРЕ Специальность 01.02.06 – динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Челябинск – 2010 Работа выполнена на кафедре Прикладная механика, динамика и прочность машин Южно-Уральского государственного университета. Научный руководитель – доктор технических наук, профессор Сапожников С.Б. Официальные...»

«РАТАУШКО ЯН ЮРЬЕВИЧ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ УПРУГИХ И ПОРОУПРУГИХ ТРЁХМЕРНЫХ ТЕЛ НА ОСНОВЕ СОВМЕСТНОГО ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ГРАНИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И РУНГЕ-КУТТЫ Специальность 01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования Нижегородский государственный...»

«ТЕРЕГУЛОВА Евгения Александровна УДК 532.529:534.2 АКУСТИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ В ДВУХФРАКЦИОННЫХ ГАЗОВЗВЕСЯХ С ФАЗОВЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ В ОДНОЙ ИЗ ФРАКЦИЙ 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук КАЗАНЬ - 2011 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте механики и машиностроения Казанского научного центра РАН. Научный руководитель : доктор физико-математических наук,...»

«Колесников Алексей Михайлович БОЛЬШИЕ ДЕФОРМАЦИИ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНЫХ ОБОЛОЧЕК Специальность 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону 2006 Работа выполнена на кафедре теории упругости Ростовского государственного университета. Научный руководитель доктор физико-математических наук, профессор Зубов Леонид Михайлович Официальные оппоненты доктор физико-математических...»

«УДК 531.352: 531.36: 534.01: 521.135 Бардин Борис Сабирович УСТОЙЧИВОСТЬ ДВИЖЕНИЯ И НЕЛИНЕЙНЫЕ КОЛЕБАНИЯ В ЗАДАЧАХ КЛАССИЧЕСКОЙ И НЕБЕСНОЙ МЕХАНИКИ Специальность 01.02.01 теоретическая механика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва 2008 Работа выполнена на кафедре теоретической механики Московского авиационного института (государственного технического университета) Научный консультант – доктор физико-математических наук,...»

«Фомина Инна Владимировна РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОСТРОЕНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВИБРОЗАЩИТНЫХ СИСТЕМ С СОЧЛЕНЕНИЯМИ ЗВЕНЬЕВ Специальность 01.02.06. – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Иркутск – 2011 Работа выполнена в ГОУ ВПО Иркутский государственный университет путей сообщения Министерства транспорта РФ Федерального агентства железнодорожного транспорта. засл. деятель науки РФ,...»

«ЯРУЛЛИН РУСТАМ РАИСОВИЧ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ И ОСТАТОЧНАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ НАСАДНОГО ДИСКА ПАРОВОЙ ТУРБИНЫ С ПОВРЕЖДЕНИЕМ В ШПОНОЧНОМ ПАЗУ 01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Саратов – 2009 Работа выполнена в лаборатории Вычислительная механика деформирования и разрушения Исследовательского центра проблем энергетики Учреждения Российской академии наук Казанского...»

«Ткаченко Олег Павлович ВНЕШНЯЯ И ВНУТРЕННЯЯ ЗАДАЧИ ДИНАМИКИ ИЗОГНУТОГО ТРУБОПРОВОДА: ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И ПРИБЛИЖЕННОЕ РЕШЕНИЕ ИХ УРАВНЕНИЙ 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Хабаровск 2012 Работа выполнена в Вычислительном центре Дальневосточного отделения РАН (ВЦ ДВО РАН) Научный консультант : доктор физико-математических наук, профессор Виктор Анатольевич...»

«Лепов Валерий Валерьевич СТРУКТУРНЫЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ НАКОПЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЙ И ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ Специальность: 01.02.06. Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук Якутск – 2006 Работа выполнена в Институте физико-технических проблем Севера СО РАН Научные консультанты: академик РАН, профессор, доктор технических наук Ларионов В.П. доктор технических наук, профессор...»

«Волгин Александр Владимирович ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ДИСКОВ КОМПРЕССОРОВ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАЗГОННЫХ ИСПЫТАНИЙ 01.02.06 – Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Рыбинск – 2012 2 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Рыбинский государственный...»

«АСЕЕВА Наталья Владимировна ЧИСЛЕНОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ И ВОЛН В СРЕДАХ СО СЛОЖНОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ 01.02.05 – МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ, ГАЗА И ПЛАЗМЫ Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород, 2007 1 Работа выполнена на кафедре Информационные системы и технологии Нижегородского филиала Государственного университета – Высшая школа экономики, г. Нижний Новгород и на кафедре Прикладная математика...»

«ДАНИЛОВ НИКИТА АЛЕКСАНДРОВИЧ СОСТОЯНИЕ КОЛЛАГЕНА В ТКАНЯХ ГЛАЗА И ЕГО ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ 02.00.04 – физическая химия 01.02.08 - биомеханика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учной степени кандидата химических наук Москва – 2011 г. Работа выполнена в лаборатории катализа и газовой электрохимии кафедры физической химии Химического факультета Московского Государственного Университета им. М.В. Ломоносова. Научные руководители: кандидат химических наук, доцент...»

«Розенблат Григорий Маркович Сухое трение и односторонние связи в механике твердого тела 01.02.01 Теоретическая механика АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук Москва 2011 Работа выполнена в Московском государственном автомобильно-дорожном техническом университете (МАДИ) Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук, профессор Самсонов Виталий Александрович; доктор физико-математических наук, профессор Кобрин...»

«Козин Александр Васильевич ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ РАЗВИТИЯ ВИХРЕВЫХ ДВИЖЕНИЙ И ТЕПЛОВОЙ КОНВЕКЦИИ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ СЛОЕ ЖИДКОСТИ С ЭЛЕКТРИЧЕСКИ ЗАРЯЖЕННОЙ СВОБОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ 01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2011 Работа выполнена в Ярославском государственном университете им. П.Г. Демидова Научный...»

«Эрикенов Сеит Муратович СТРУКТУРА РЫВКА ГИРИ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЯВЛЕНИЯ БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СПЕЦИАЛЬНОВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ УПРАЖНЕНИЙ В ТРАДИЦИОННЫХ И ИСКУССТВЕННО СОЗДАННЫХ УСЛОВИЯХ 01.02.08 - Биомеханика 13.00.04 - Теория и методика физического воспитания, спортивной тренировки, оздоровительной и адаптивной физической культуры АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук Нальчик 2003 Работа выполнена в Кабардино-Балкарском...»

«Богачев Иван Викторович МЕТОДЫ РАСЧЕТА КОЛЕБАНИЙ НЕОДНОРОДНЫХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ И ИДЕНТИФИКАЦИЯ ИХ СВОЙСТВ 01.02.04 – механика деформируемого твердого тела АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Ростов-на-Дону – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образователь­ ном учреждении высшего профессионального образования Южный федераль­ ный университет. Научный руководитель : доктор физико-математических наук,...»

«МАРКОВ ИВАН ПЕТРОВИЧ ГРАНИЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОДНОРОДНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ ЭЛЕКТРОУПРУГИХ И АНИЗОТРОПНЫХ УПРУГИХ ТЕЛ Специальность 01.02.04 – Механика деформируемого твердого тела Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Нижний Новгород – 2014 Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского (НИИМ...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.