ЦАГИ, МГУ
На рисунке: Вверху – одна из первых исследуемых в работе компоновок разрабатываемого сверхлегкого самолета; в центре – зависимость подъемной силы от скорости взлета/посадки, внизу – зависимость подъемной силы от скорости полета.
Создание сверхлегких пилотируемых летательных аппаратов представляет практический интерес с точки зрения быстрой, безопасной и экономичной транспортировки грузов и человека.
Разрабатываемый сверхлегкий бесфюзеляжный самолет содержит несущую поверхность, стабилизатор, подвесную систему, систему управления и воздушный винт, отличается тем, что дополнительно содержит балку, крепящуюся к крылу и стабилизатору, четное количество расположенных на несущей поверхности электродвигателей с воздушными винтами, стропы, которые связывают несущую поверхность и балку с подвесной системой, на которой также расположен источник энергии, модуль дистанционного управления и электрическая трансмиссия, связывающая источник энергии с электродвигателями.
Уменьшение размеров летательных аппаратов ограничена размерами и весом летчика и превращает самолет по сути в некое подобие летательного костюма (рис. 1 вверху). Подготовлен обзор известных аналогов, показаны преимущества и области применения разрабатываемого летательного аппарата: например, экономичный и доступный личный транспорт, военные приложения, эвакуация, поисково-спасательные работы, перевозка грузов и оборудования широкого спектра назначения. Проектируемый самолет не требует аэродрома, обладает малым весом (40–45 кг), возможностью разборки для перевозки в личном и в общественном транспорте. Винтовая схема обеспечивает экономичность, дальность и продолжительность полета, при этом шум значительно ниже в отличие от реактивных аналогов. Оригинальная аэродинамическая компоновка обеспечивает низкие затраты электроэнергии двигателей при полном отсутствии вредных выбросов в атмосферу. Модификация аппарата для военных приложений обеспечивает высокую скорость, точность и низкую заметность. Статическая устойчивость в горизонтальном полете дает возможность пилоту освободить руки и использовать их для управления другими действиями. На рис. 1 внизу и в центре представлены результаты расчета зависимости подъемной силы летательного аппарата с крыльями различных конфигураций от скорости полета. Видно, что геометрия 10 обеспечивает достаточную подъемную силу при влете и посадке со скоростью 30–35 км/ч, которую можно снизить за счет применения разработанное ранее адаптивное крыло.
Иван Алексеевич Амелюшкин
Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, Московский государственый университет имени М.В. Ломоносова
Использование гидрофобных покрытий представляет интерес в широкой области технических и бытовых приложений, в частности в задачах противодействия обледенению летательных аппаратов. Гидрофобные поверхности обладают своеобразными функциональными свойствами, к которым следует отнести водонепроницаемость, стойкость к коррозии, устойчивость к биообрастанию, к неорганическим, а в ряде случаев и к органическим загрязнениям. Благодаря многообразию управляемых свойств создание гидрофобных тел в настоящее время интенсивно развивается. Такие покрытия, как правило, эффективно работают при незначительных числах Вебера, рассчитанных по характерным размерам H рельефа поверхности We = HρV2/σ, (ρ – плотность жидкости, σ – коэффициент поверхностного натяжения, V – скорость удара капли). Однако при превышении поверхностной плотности кинетической энергии (переохлаждённой капли) некого критического значения, льдофобные свойства приводят к отрицательным эффектам ввиду проникновения жидкости в углубления и застывания в них. В случае динамического воздействия свойства гидрофобных/льдофобных покрытий определяются коэффициентами отскока капель в зависимости от числа Вебера. Достоверность полученных результатов обоснована сравнением с теоретическими и экспериментальными оценками других исследователей. Проведены параметрические исследования прилипания жидкости к рельефным покрытиям твердого тела, которые сформированы из комбинации гидрофобных и льдофобных материалов.
Иван Алексеевич Амелюшкин
ИПФ РАН
Капли брызг, образующихся при взаимодействии воздушных потоков с взволнованной водной поверхностью, играют важнейшую роль в процессах обмена импульсом, теплом и влагой между атмосферой и гидросферой. В лабораторных экспериментах по исследованию механизмов генерации брызг применяются достаточно сложные методы, например, в работе [1] использовался метод Phase Doppler Anemometry (PDA), а в работах [2, 3] использовалась скоростная видеосъемка, в том числе многоракурсная со сложной обработкой цифровых изображений. Однако, для экспресс оценки интенсивности генерации брызг в зависимости от характеристик ветро-волновой обстановки требуется более простой способ.
В настоящей работе для косвенной оценки количества брызг в воздушном потоке был предложен оригинальный метод, основанный на эффекте резкого снижения показаний пленочного термоанемометра при попадании на него брызг. Пленочный термоанемомтер E+E Electronics использовался для измерений профилей скорости и температуры в экспериментах на Ветро-волновом Термостратифицированном Бассейне ИПФ РАН. Проводились длительные (до 10 мин) записи его показаний на фиксированных горизонтах.
Рис.1 Пример полученного временного ряда.
После сглаживания временного ряда для устранения аппаратных шумов вычиталось максимальное значение температуры (найденное по всему ряду измерений и соответсвующее сухому термоанемометру), из него вычитались текущие значения эффективной температуры. Далее вычислялся интеграл по всей временной записи. Интеграл вычислялся для нескольких горизонтов в диапазоне высот от минимально возможной (пока не захлестывает непрерывно), до высоты, где наблюдаются брызги. Построенные профили значения интеграла от высоты, хорошо аппроксимировались экспоненциальными зависимостями 
. Интерполируя значение на среднюю высоту гребней волн 
получаем значение интеграла, используемое в качестве маркера интенсивности потока брызг в воздушном потоке над волнами.
Максим Игоревич Вдовин
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
За фронтом сильной ударной волны, образующейся при движении летательного аппарата с гиперзвуковой скоростью в плотных слоях атмосферы, поступательная температура газа может достигать десятков тысяч градусов, и физико-химические процессы происходят в термически-неравновесных условиях. В результате этих процессов молекулы преимущественно распадаются на атомы, которые и взаимодействуют с поверхностью теплозащитных покрытий. Моделирование химических реакций, протекающих в газовой фазе, с учетом неравновесных эффектов дает изменение теплового потока по сравнению с равновесным приближением на 25-30%. В то время как при использовании различных моделей гетерогенных химических реакций тепловой поток может изменяться в несколько раз. В этой связи особенно важно правильно описывать гетерогенные процессы - адсорбция, десорбция, ударная и ассоциативная рекомбинация. Материалы на основе кремния активно используются при проектировании теплозащитных покрытий космических и перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов. В работе исследовались гетерогенные реакции на поверхности карбида кремния SiC и β-кристобалита SiO2 методами квантовой механики и молекулярной динамики. С использованием программы GAUSSIAN проведены расчеты поверхностей потенциальной энергии (ППЭ), отвечающих взаимодействию атомов O и N с кластерами SiO2 и SiC, моделирующими соответствующие поверхности кристаллов. Уравнение Шредингера решалось метод теории функционала электронной плотности DFT с расширенным гибридным трехпараметрическим обменным функционалом Беке, дополненный электронной корреляцией Ли, Янга и Пара (Х3LYP). В качестве базисных функций использовался корреляционно-согласованный поляризованный валентный трехэкспоненциальный базисный набор cc-pVTZ. Данный подход использовался ранее при исследовании процессов в газовой фазе [1,2]. На основе полученных ППЭ проведено молекулярно-динамическое моделирование столкновения атомов N и O с поверхностью SiO2 и SiC с учетом внутренней релаксации верхних слоев кристаллической решетки. Определены константы скорости процессов адсорбции/десорбции и ударной рекомбинации.
Работа проведена в соответствии с планом научных исследований НИИ механики МГУ при частичной финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-01-00741A. Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В. Ломоносова и вычислительных ресурсов ОВК НИЦ «Курчатовский институт», http://computing.nrcki.ru/.
1. Kroupnov A.A., Pogosbekian M.Ju. Detailed mechanism of exchange reactions CO+N, CN+O and NO+C on the 4A″potential energy surface at high temperature // Chemical Physics. 2019. Т. 523. С. 172–178.
2. Крупнов А. А., Погосбекян М. Ю. Анализ экспериментальных данных взаимодействия СО и N2O с образованием СО2 на основе результатов DFT-расчетов // Кинетика и катализ. 2019. Т. 60. № 2. С. 181–192.
Михаил Юрьевич Погосбекян
НИИ Механики МГУ, Москва
На активных вулканах часто наблюдаются перемещения поверхности Земли, величина которых может достигать нескольких метров. Периоды подъема и опускания поверхности хорошо коррелируют с периодами повышенной и пониженной вулканической активности [1]. В таких вулканических системах магматический очаг залегает на глубине нескольких километров под поверхностью Земли. При остывании из очага отделяются летучие компоненты, в основном водяной пар и углекислый газ, которые по проницаемым вмещающим породам поднимаются к поверхности. При этом давление и температура жидкости являются источниками напряжений, деформирующих вмещающие породы.
Традиционный полуаналитический подход к моделированию деформаций пород, рассматриваемый в литературе, заключается в том, что каждая ячейка расчетной сетки считается независимым источником деформаций. Для этой ячейки из аналитического решения о нагружении полубесконечной плоскости точечным источником рассчитывается поле перемещений, а полный вектор перемещений в какой-либо точке пространства получается путем суммирования вкладов всех ячеек. Такой подход работает только в предположении плоской поверхности Земли и однородного распределения механических свойств среды по пространству.
Целью настоящей работы является создание метода, позволяющего рассчитывать деформации пород с учетом механических неоднородностей. Для тестирования этого метода проводится численное моделирование напряженно-деформированного состояния пород в процессе дегазации магматического очага в гидротермальной системе Campi Flegrei. Жидкая и газовая фазы моделируются двухкомпонентной смесью вода-углекислый газ, а твердая фаза, т.е. проницаемые породы, моделируется линейной термопороупругой средой. Расчет фильтрации жидкости и газа производится в симуляторе MUFITS, а расчет напряжений и перемещений пород производится методом конечных разностей в отдельной программе. Обратное влияние деформации пород на механику жидкости не учитывается.
Проведено сравнение нового метода с полуаналитическим подходом, исследовано влияние граничных условий на результаты расчетов. Проведены расчеты деформаций пород для случая неоднородного распределения модуля сдвига и коэффициента Пуассона по пространству. Показано, что в диапазоне значений механических свойств пород, характерных для системы Campi Flegrei, учет наличия неоднородности несущественно влияет на значения перемещений поверхности.
Работа выполнена в рамках проекта РНФ №19-71-10051.
1.Rinaldi A. P., Todesco M., Bonafede M. Hydrothermal instability and ground displacement at the Campi Flegrei caldera // Physics of the Earth and Planetary Interiors. Год 2010. Т. 178. №. 3-4. С. 155-161.
Иван Сергеевич Уткин
Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации
В последнее время наблюдается активное развитие исследований в области медицинской и химической диагностики в микропробах. Подобного рода анализы производят в микролабораториях на чипе, в которых с помощью систем микро-наноканалов происходит транспорт, смешивание и анализ рабочих жидкостей. Ввиду малых масштабов, управление жидкостью в таких лабораториях является сложной задачей, имеющей целый ряд фундаментальных проблем. Одной из таких проблем является задача смешивания двух жидкостей. В микроканалах даже смешивающиеся жидкости могут достаточно долго протекать в расслоенном виде, а конвективное перемешивание незначительно, в силу малых чисел Рейнольдса.
В данном докладе будут представлены результаты математического моделирования оригинальной конструкции микромиксера, который геометрически представляет собой сферическую микрокамеру с двумя отверстиями для входа и выхода жидкости. В середине камеры располагается ионоселективная микрогранула, закрепленная в середине камеры на оси входного и выходного отверстий. В качестве рабочей жидкости рассматривается бинарный электролит. На входе подается расслоенный электролит с различной концентрацией соли во внутренней и внешней части входного отверстия. Жидкость в движение приводится как за счёт внешнего градиента давления, так и за счёт внешнего перепада электрических потенциалов.
Перемешивание в камере происходит за счёт внешнего электрического поля и особых свойств ионоселективной микрогранулы [1,2]. Как показывают исследования, около такой частицы возникает большая зона пространственного заряда, которая приводит к возникновению различного рода неустойчивостей и образованию вихревого движения электролита, вплоть до стохастических режимов при достаточно большой напряженности внешнего электрического поля [2,3].
Поведение в условиях описанной выше конфигурации моделировалось в осесимметричной постановке относительно оси входного и выходного отверстий с помощью численного алгоритма решения системы Нернста-Планка-Пуассона-Стокса.
1. Frants E.A., Ganchenko G.S., Shelistov V.S., Amiroudine S., Demekhin E.A. Nonequilibrium electrophoresis of an ion- selective microgranule for weak and moderate external electric fields // Physics of Fluids. 2018. Vol. 30, No 2. P. 022001.
2. Ganchenko G., Frants E., Shelistov V., Nikitin N., Amiroudine S., Demekhin E. Extreme nonequilibrium electrophoresis of an ion-selective microgranule // Phys. Rev. Fluids, 2019. Vol. 4, No 4. P. 043703.
3. Ganchenko G.S., Frants E.A., Amiroudine S., Demekhin E.A. Instabilities, Bifurcations and Transition to Chaos in Electrophoresis of Charge-Selective Microparticle // Physics of Fluids. 2020 (принято в печать)
Георгий Сергеевич Ганченко
Институт системного программирования им. В.П. Иванникова РАН
В работе изучается движение снежных кристаллов в потоке и их налипание на поверхность обтекаемого модельного тела. Моделирование обледенения очень важно для изучения таких опасных природных явлений как обледенение деревьев, зданий, линий электропередач, элементов самолетов и ветроустановок.
В данной работе рассматривается задача о внешнем обтекании потоком воздуха с кристаллами снега модельного тела в форме цилиндра радиуса R=10 см.
В работе используется Эйлер-Лагранжев подход и сопряженный метод на базе метода контрольного объема и метода дискретных элементов. Используется модель взаимодействия частиц Джонсона-Кендалла-Робертса [1]. Данная модель позволяет моделировать когезию частиц и их адгезию к модельному телу, что определяет характер обледенения. Для моделирования задавались механические свойства частиц (модуль Юнга, коэффициент Пуассона, плотность, коэффициент упругого восстановления, коэффициент трения скольжения), соответствующие свойствам снежных кристаллов [2]. В расчёте частицы имеют сферическую форму и разные диаметры.
Расчетная область представляет собой параллелепипед с размерами 5×1×1 м3. Количество расчетных ячеек для CFD расчета составило 1000. Плотность частиц в расчетной области задавалась равной 500 шт./м3.
Скорость потока на входе расчетной области варьировалась от 10 до 20 м/c, число Рейнольдса по диаметру частицы порядка Rep=1000. Расчеты проводились с помощью программ CFDEM Coupling и YADE.
Время счета процесса обледенения составило t = 100 секунд. Расчеты проводились на вычислительном кластере UniHUB лаборатории UniCFD ИСП РАН.
В дальнейшем планируется использовать данный подход для моделирования обледенения тел более сложной формы (крыло самолета, воздухозаборник двигателя).
Дарья Игоревна Романова
НИИ механики МГУ имени М.В. Ломоносова
Вулканические молнии часто наблюдаются при крупных взрывных извержениях. Они возникают в результате электризации частиц пепла при достижении некоторой критической напряжённости электрического поля. Одной из основных причин электризации частиц является их трение и столкновение. Неоднородность течения оказывает основное влияние на величину накапливаемого частицами заряда и распределение частиц в пространстве. Истечение газо-пепловой смеси из жерла вулкана является сильно неоднородным, турбулентным течением. Наиболее простой моделью такого течения является модель затопленной струи несжимаемой жидкости или газа в плоском или осесимметричном случаях.
В этой работе модель течения смеси газа и заряженных частиц с учётом их взаимодействия и электризации применена для случая плоской стационарной затопленной струи несжимаемой жидкости в предположении, что движение частиц не влияет на течение несущей среды. При описании движения частиц используется подход Лагранжа: частицы движутся под действием силы тяжести, гидродинамических и электростатических сил. Частицы взаимодействуют (соударяются) друг с другом с изменением скоростей движения и зарядов. Заряд, передаваемый при ударе, зависит от упругих и электрических свойств материала частиц, их размеров и скоростей. Исследуется эволюция электрического поля в процессе течения. Проводится оценка количества и концентрации частиц, при которых напряжённость поля достигает критических значений самостоятельного разряда или молнии.
1. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. Репринтное воспроизведение издания 1960 г. М.: ЭКОЛИТ, 2011. 720 с.
2. Горохова Н. В. Эволюция электрического поля в течениях смеси газа с заряженными частицами // XII Всероссийский съезд по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики: сборник трудов в 4 томах. РИЦ БашГУ Уфа, 2019. Т. 4. С. 31–33.
Soo S.L. Dynamics of charged suspensions // International reviews in aerosol physics and chemistry. Vol. 2. Pergamon Press, Oxforf. 1971. P. 61-149
Наталья Владимировна Горохова
МГУ имени М.В. Ломоносова
Существует два типа аэроупругой неустойчивости: дивергенция и флаттер. В то время как флаттер — колебательная потеря устойчивости, дивергенция — статическая неустойчивость, переход к которой происходит при нулевой частоте колебаний. Физический механизм дивергенции, описанный в литературе, состоит в снижении одной из собственных частот колебаний (как правило, крутильной) до нуля из-за отрицательной аэродинамической жесткости, слияния со своим «двойником» и преобразования в одно монотонно затухающее и одно монотонно растущее собственное движение. Большинство имеющихся в литературе примеров этого механизма используют квазистационарную аэродинамику, которая, на первый взгляд, подходит для анализа дивергенции в силу её статической природы.
В настоящей работе доказывается, что при использовании нестационарной аэродинамики (теория Теодорсена) аналитическая структура собственных частот существенно меняется, и имеет место другой механизм перехода к дивергенции. А именно, частоты конструкционных колебаний не уменьшаются до нуля и не приводят к неустойчивости, а наоборот, становятся сильно задемпфированными потоком газа. При этом дивергентная форма неустойчивости не является непрерывным продолжением собственного колебания крыла в покоящемся воздухе, а отделяется от непрерывного спектра, который существует в аэроупругой системе при использовании нестационарной аэродинамики, но отсутствует в квазистационарном случае.
Обсуждаются эффекты, возникающие в этом механизме перехода к дивергенции при использовании численных методов. Проводится сравнение с экспериментальными данными.
Работа поддержана грантом РФФИ 18-31-20057.
1. Vedeneev V.V. New Mechanism of the Aeroelastic Divergence Onset// AIAA Journal. 2020. Vol. 58. No. 6. P. 2716-2725.
Василий Владимирович Веденеев
ЦИАМ им. П.И. Баранова
В работе, как и в [1,2], выполнен термодинамический и газодинамический анализ разных типов ВРД с дефлаграционным и детонационным горением. Идеальные характеристики ВРД зависят от двух безразмерных параметров: числа Маха полета М0 и q – безразмерной удельной теплотворной способности горючей смеси. Рассмотрим нестационарный режим работы PDE, ввиду того, что идеальные характеристики его не учитывают.
PDE рассматривается как набор цилиндрических детонационных камер с мгновенно открывающимися и закрывающимися входными клапанами. При открытых входах в камеры поступает идеально перемешанная горючая смесь. Детонационная волна мгновенно без дополнительных энергозатрат инициируется у одного из концов камеры. Правый конец камеры – сечение внезапно сужающейся части сопла с заданным отношением f площади его критического сечения к площади поперечного сечения камеры. Внезапное сужение удобно по конструктивным соображениям. На стационарном режиме такие сопла лучше сопел с плавным входом [3].
При заданных f, М0 и q в течении периода работы детонационной камеры PDE отношение скоростей Ve/V0 получается как функция времени. Его интегрирование по периоду дает средние значения Ve/V0 и тяговые характеристики с учетом нестационарности и неизэнтропичности течения продуктов сгорания в детонационной камере.
Утверждения о возможном увеличении тяговых характеристик ВРД благодаря использованию детонационного горения необоснованны. Даже для малых чисел Маха полета, на которых ВРД с горением при постоянном давлении может по тяговым характеристикам уступать PDE, последние заведомо уступают ТРД с медленным горением. Поэтому преимущества ВРД с детонационным горением, если и возможно, то не по тяговым характеристикам, а по простоте конструкции или по меньшей теплонапряженности тракта двигателя.
1.Зельдович, Я.Б.: К вопросу об энергетическом использовании детонационного горения. Журнал технической физики. Т. 10. Вып. 17. С. 1453-1461 (1940)
2.Heiser, W.H., Pratt, D.T.: Thermodynamic Cycle Analysis of Pulse Detonation Engines. J. of Propulsion and Power. V. 18. No. 1. P. 68-76 (2002)
Kraiko A.N., Myshenkov E.V., P’yankov K.S., Tillyayeva N.I. Effect of gas non-ideality on the performance of Laval nozzles with an abrupt constriction // Fluid Dynamics. 2002. V. 37. No. 5. P. 834-846.
Харис Фаритович Валиев
Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского
Турбулентная струя остается одним из самых исследуемых объектов со времен создания первых реактивных двигателей. Существует ряд возможных объяснений генерации шума в турбулентной струе, среди которых можно выделить механизм, связанный с развитием за счет неустойчивости Кельвина-Гельмгольца когерентных крупномасштабных структур в слое смешения струи. Эффективность излучения шума пакетами волн неустойчивости проявляется в основном для случаев сверхзвуковых струй, однако и в случае дозвуковых скоростей истечения данный механизм рассматривается с некоторыми модификациями в виде, например, учета случайности в процессе генерации пакетов. Так в работе [1] волны неустойчивости рассматривались как наиболее подходящими объектами активного управления, в том числе с целью снижения уровней пульсаций давления в ближнем поле струи.
Кроме того в том числе в работе [2] было продемонстрировано, что именно рассеяние ближнего гидродинамического поля струи (следа пакетов волн неустойчивости) на задней кромке крыла приводит к появлению дополнительного эффективного источника шума взаимодействия дозвуковой струи и крыла самолета. Таким образом, изучение пространственной структуры волновых пакетов в струе и в ближнем поле представляет собой значительный интерес.
В связи с вышесказанным в настоящей работе проводится подробное исследование радиальной структуры пакетов волн неустойчивости с использованием набора термоанемометрических измерений средних и пульсационных характеристик поля продольной скорости, а также измерений пульсаций давления в ближнем поле при помощи азимутальной решетки микрофонов. Данные исследования позволили построить упрощенную процедуру восстановления характеристик пульсаций давления осесимметричной моды ближнего поля по известным данным о пульсациях скорости на оси струи, что оказывается полезным в случае наличия спутного потока, когда замывание микрофонов средним потоком не позволяет производить прямых измерений без существенной модификации измерительной системы [3].
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (грант 19-71-10064).
1.Беляев И.В., Бычков О.П., Зайцев М.Ю., Копьев В.А., Копьев В.Ф., Остриков Н.Н., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. Разработка стратегии активного управления волнами неустойчивости в невозбужденных турбулентных струях. // Известия РАН МЖГ. 2018. №3. стр. 14-27.
2.Бычков О.П., Фараносов Г.А. Экспериментальное исследование и теоретическое моделирование шума взаимодействия струи и крыла самолета. // Акустический журнал. 2018. Т. 64. №4. стр. 437-453.
3. Bychkov O., Faranosov G., Kopiev V., Soares L.F.M., Cavalieri A.V.G. The Modelling of Jet-Plate Interaction Noise in the Presence of Co-Flow. // 25th AIAA/CEAS Aeroacoustics Conference, AIAA Paper 2019-2492, May 2019.
Олег Павлович Бычков
НИИ механики МГУ, Москва
Рассматривается закачка смесей воды, углекислого газа, метана и пропана в геологический пласт, насыщенный нефтью. Исследуется в каком порядке и в течение каких интервалов времени нужно закачивать указанные газы и воду для максимального вытеснения наиболее ценных бензиновых фракций нефти.
Оптимальные режимы закачки газов исследуются в рамках одномерной постановки задачи. Предполагается, что при пласт насыщен нефтью заданного состава. При через границу закачивается вода, углекислый газ, метан и пропан с заданным объёмным расходом , а нефть, таким образом, вытесняется через границу . Определяются составы газов, позволяющие максимизировать для данного момента времени вытеснение наиболее ценных компонент углеводородного ряда. Для определения оптимального состава вытесняющей смеси сначала рассматривается закачка каждого вещества по отдельности, а затем – их смеси. Показано, что вода – более эффективный вытесняющий агент на начальном этапе закачки, однако ряд газов (как, например, CO2) оказываются более эффективными на поздних этапах. Проведены оптимизационные расчеты, позволившие определить наиболее эффективные смеси на различных этапах разработки месторождений.
Для практики представляет интерес вытеснение более тяжелых компонент нефти бензиновой и лигроиновой фракции, использующихся при производстве топлив. Первый рассмотренный состав нефти содержит пентан (C5H12) и пентадекан (C15H32), а второй – гексан (C6H14) и гексадекан (C16H34). Для первого состава была рассмотрена закачка воды, углекислого газа и метана, а во втором случае к этому составу был добавлен пропан. В зависимости от количества закачиваемых поровых объёмов получен оптимальный состав закачиваемого вещества. Отметим, что для второго состава нефти оптимальным оказался состав закачиваемого вещества, не содержащий углекислого газа.
Анна Александровна Чернова
НИИ механики МГУ
В работе исследуется структура автомодельного течения при отрицательном маховском отражении ударных волн от клина - когда падающая и отраженная ударные волны расположены по разные стороны от прямолинейной траектории движения тройной точки [1]. Такие режимы для умеренных значений числа Маха реализуются в газах с показателем адиабаты, близким к единице (в экспериментах – для тяжелых газов со сложной молекулярной структурой).
Численное моделирование в рамках уравнений Эйлера для нестационарных двумерных течений идеального газа выполнено с использованием TVD модификации явной конечно-разностной схемы с использованием сквозного метода расчета газодинамических разрывов. Для аналитического исследования полученного численного решения применены метод замороженной системы координат, связанной с набегающей ударной волной (автомодельное поле скоростей) [2], который позволяет построить линии тока в каждой точке пространства и метод ударных поляр.
Изучено поведение маховских конфигураций при приближении к критическому значению угла клина в области перехода к регулярному отражению. Исследовано влияние различных неоднородностей и препятствий вблизи поверхности клина на устойчивость режима многократного маховского отражения.
Андрей Николаевич Максимов
ФИАН им. П.Н. Лебедева
Рассматривается вынужденное мелкомасштабное магнитное поле, переносимое изотропным турбулентным потоком. Предполагается, что случайная движущая сила распределена в конечной области с масштабом, меньшим, чем вязкий масштаб потока. Рассматривается линейная стадия эволюции магнитного поля, переносимого изотропным турбулентным потоком; обратная связь магнитного поля с динамикой потока не предполагается. Мы ограничиваем наше рассмотрение вязким масштабом, где поле скоростей является гладким и, следовательно, локально описывается тензором градиентов скорости. На этих масштабах возможно экспоненциальное увеличение корреляций магнитного поля, тогда как в инерциальном диапазоне оно ограничено степенным законом [1, 2].
В данной работе аналитически показано, что в данной постановке двухточечный коррелятор имеет на больших временах стационарный предел для любой разумной статистики скорости [3]. Найдено стационарное решение, которое подчиняется степенному закону. Рассчитано, что для гауссова распределения поля скорости (а также для других потоков с симметричным спектром Ляпунова) показатель степени равен −3, также посчитана малая поправка к степени для слабого отклонения от гауссова случая; в случае общего негауссова градиента скорости показатель степени выражен через кумулянтную функцию распределения тензора градиентов скорости.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ 20-12-00047 «Самосогласованная теория космических лучей в молекулярных облаках».
1. Казанцев А.П. Об усилении магнитного поля проводящей житкостью // ЖЭТФ, 1967, 53, 5 (11), 1806-1813.
2. Vergassola M., Anomalous scaling for passively advected magnetic fields // Phys. Rev. E, 1996, 53, R3021.
3. Kopyev A.V., Il'yn A. S., Sirota V. A., Zybin K. P. Stationary scaling in small-scale turbulent dynamo problem // Phys. Rev. E, 2020, 101, 063102.
4. Rincon, J., Dynamo theories // Plasma Phys., 2019, 85, 205850401
Алексей Викторович Копьев
Научно-исследовательский московский комплекс «Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского»
Коллективом авторов в рамках государственных контрактов с Министерством промышленности и торговли был создан макет мобильной измерительной системы (МИС) измерения малых скоростей воздушного квазидвумерного потока, основанной на принципах визуализационно-видеографической системы (ВВИС) [1] ‑ прямого оптического метода измерения сверхмалых скоростей. В целях демонстрации работоспособности МИС при работе с широким кругом задач были проведены серии экспериментов по исследованию структуры течения как в случае прямого движения, так и обращённого. Ниже на рисунке для иллюстрации приведена структура течения струй индивидуальной системы кондиционирования с салоне самолёта, обдувающих голову манекена пассажира.
Возможности ВВИС и мобильного измерительного комплекса МИС в конфигурации 2019 г. были исследованы на нескольких типах квазидвумерных течений, таких как:
- серия экспериментов на установке прямого движения ‑ скоростном гидроцентре ЦАГИ (ГСС, г. Дубна) – по изучению течения в зазоре между движущейся над неподвижным экраном пластиной;
- течение, индуцируемое пролетом натурной действующей модели микроБПЛА типа «летающее крыло» с двумя работающими винто-моторными группами(ВМГ);
- течение в лабораторной «установке зеркальных моделей» в аэродинамической трубе(АДТ) Т-23 ЦАГИ;
-течение тангенциального вдува из плоского сопла регулируемой геометрии в потолочной зоне салона пассажирского самолета (Испытательная лаборатория экологического контроля (ИЛЭК), борт Як-42);
- течение в толстом (~1,5 м) пристенном погранслое рабочей части АДТ Т-2 ЦАГИ при работе её в едином контуре с АДТ Т-1.
Последняя работа сопровождалась иллюстрацией эффективности предложенной системы управления формой погранслоя путем естественного вдува воздуха в рабочую часть Т-2, возникающего при сдвижении диффузора, соединяющего Т-1 и Т-2, что является органическим свойством конструкции АДТ Т-1-2. Таким образом продемонстрирована возможность естественного превращения Т-1-2 в АДТ «ландшафтного типа», принципиально не требующая реконструкции трубы.
1. Айрапетов А.Б., Катунин А.В., Стрекалов В.В. Измерение скоростей потока за плохообтекаемым телом визуализационно-видеографическим методом// Тезисы XXVI научно-технической конференции по аэродинамике. 2015 г.
Андрей Владимирович Катунин
