Vol 62, No 4 (2024)

Методом молекулярной динамики исследованы равновесные состояния кулоновских кластеров, содержащих до 5000 частиц, при высоких значениях кулоновского параметра неидеальности. Показано, что при числе частиц более 2000 в кулоновских кластерах появляется кристаллизованное ядро с доминирующей структурой ГПУ, которое плавится при величине параметра неидеальности, близкой к характерной для бесконечной однокомпонентной плазмы. В целом большой кластер представляет собой кристаллическое ядро, окруженное сферическими оболочками, число которых не зависит от полного числа частиц, но зависит от параметра неидеальности. Большая величина порога структурного перехода объясняется близостью потенциальных энергий кристаллической структуры и системы вложенных сферических оболочек. Фактор сжимаемости частиц, определенный как по вириалу сил, так и по энергии, оказывается близким к нулю в широком диапазоне чисел частиц, что позволяет экстраполировать этот результат к классической однокомпонентной плазме. Предложено объяснение данного результата, основанное на модели ячеек Вигнера–Зейтца.

Методом лазерной вспышки измерена теплопроводность λ жидких сплавов натрий–свинец (10, 21, 31, 41, 50 и 63 ат. % Pb) в интервале температуры от линии ликвидуса до 1070 К с неопределенностью 4–6%. Построены температурные и концентрационные зависимости λ. Установлено, что для большинства исследованных сплавов теплопроводность с температурой растет монотонно и имеет довольно низкие значения по сравнению с чистыми расплавами Na и Pb: от 3.7 до 12.0 Вт/ (мК). На концентрационной зависимости λ выявлен пологий минимум в интервале концентрации свинца X_Pb≈ 20–50 ат. %. Отмечены корреляции между полученными результатами по теплопроводности и другими теплофизическими свойствами, которые косвенно подтверждают существующие в литературе представления о формировании в жидкой системе Na–Pb ионных комплексов.

Работа посвящена теоретическому описанию термодинамических характеристик сплава гафния и циркония в области высоких давлений и температур при ударном сжатии. Предложена простая модель для термического и калорического уравнений состояния компонентов сплава. В рамках предположения о равенстве температур и давлений в компонентах проведен расчет ударной адиабаты для сплава гафний–цирконий. Результаты расчета показаны в сравнении с имеющимися данными экспериментов с ударными волнами. Полученные уравнения состояния гафния, циркония и их сплава могут быть использованы для моделирования динамики различных процессов при высоких плотностях энергии.

Проведено экспериментальное и численное исследование аномальной интенсификации ламинарного отрывного течения и теплообмена в канале с двумя рядами из 26 плотно расположенных канавок под углом наклона ±135° при равномерном потоке на входе и изменении чисел Re от 1000 до 5500. Обоснованы локальное ускорение потока с достижением максимальной скорости порядка 1.8 и утончение пристеночного слоя с ростом продольной скорости, доходящей до величины 1.4 на расстоянии y = 0.005 от стенки при Re = 2500, над входными сферическими сегментами канавок. Установлена корреляция ускорения и аномальной интенсификации ламинарного отрывного течения и теплообмена. Отмечено, что при Re = 2500 минимальная величина относительного отрицательного трения доходит до –7, а относительная теплоотдача от структурированного участка канала при Re = 5500 достигает 4.6.

С помощью комбинированного RANS/ILES(i)-метода проведены расчеты модельного сверхзвукового воздухозаборника смешанного сжатия. Расчеты проводились на блочно-структурированной сетке, содержащей 9 × 10⁶ ячеек, при различных уровнях турбулентности набегающего потока и дросселирования воздухозаборника. Турбулентность задавалась путем добавления на входной границе однородного изотропного поля пульсаций скорости, сгенерированного с помощью метода синтетических вихрей. Для различных параметров турбулентности набегающего потока получены зависимости от коэффициента расхода осредненных в выходном сечении воздухозаборника коэффициента сохранения полного давления, статического давления, интенсивностей пульсаций давления и скорости, а также других параметров течения. Проанализировано влияние масштабов турбулентных вихрей на структуру мгновенного и осредненного полей скорости в канале воздухозаборника.

В работе измерены температурные зависимости оптической плотности, отражающей образование полиароматических углеводородов и конденсированных частиц сажи при ударно-волновом пиролизе смесей метана, этилена, ацетилена и бензола с аргоном, на длинах волн 313, 405 и 633 нм в диапазонах температур 1500–2600 К и давлений 3.5–6.4 бар. Произведена оценка вклада конденсированной фазы в поглощение на длинах волн 313 и 405 нм. Определены температурные зоны наиболее интенсивного формирования полиароматических углеводородов и сажи при пиролизе исследуемых смесей. Наибольший выход полиароматических углеводородов и сажи наблюдался при пиролизе бензола, наименьший – при пиролизе метана и этилена. Отмечено, что максимум выхода полиароматических углеводородов и сажи в случае пиролиза ацетилена существенно сдвинут по температуре относительно других углеводородов, что свидетельствует об отличии кинетического механизма сажеобразования в случае пиролиза ацетилена.

В работе предложена математическая модель фракционной разгонки суррогатов авиационных углеводородных топлив, базирующаяся на кубическом уравнении состояния Пенга–Робинсона. С применением разработанной модели выполнено моделирование фракционной разгонки современных суррогатов авиационных коммерческих нефтяных и альтернативных топлив, предложенных в литературе. Полученные результаты сопоставлены с экспериментальными данными по фракционной разгонке авиационных топлив. Выделены суррогаты, в наибольшей степени соответствующие экспериментальным данным.

На основе данных научных центров и результатов долгосрочных научных проектов проанализированы тепловое состояние Земли и глобальные процессы, протекающие в атмосфере и на поверхности. Анализ выполнен в форме числовых оценок, и на их основе построена физическая картина глобальных процессов с участием углерода и углекислого газа. Показано, что парниковый эффект за счет антропогенного углекислого газа, инжектируемого в атмосферу, не является главной причиной наблюдаемого в последние десятилетия роста глобальной температуры, который в свою очередь мал по сравнению с изменениями в прошлом. Рост концентрации углекислого газа в атмосфере при ее современных значениях не влияет на здоровье человека, но увеличивает эффективность фотосинтеза, так что урожаи сельскохозяйственных культур за индустриальный период выросли в полтора раза. Истощение ресурсов ископаемых газа и нефти в этом веке делает актуальной задачу производства синтетического жидкого и газообразного топлива из угля. Показано, что замена метана как топлива водородом наряду с низкой эффективностью ведет также к большим рискам при массовом использовании.

Впервые продемонстрирована возможность упреждающего управления когерентными структурами (волнами неустойчивости) в низкоскоростной стохастически возбужденной турбулентной струе при числах Маха M = 0.11 и Рейнольдса Re = 1.2 × 10⁵. Управляющие возмущения вводились в струю с помощью плазменного актуатора на основе барьерного разряда, размещенного на кромке сопла. Возбуждение струи осуществлялось естественными широкополосными возмущениями. Сигнал для управления был получен с помощью термоанемометра, установленного внутри сопла. Получено снижение пульсаций скорости, ассоциированных с волнами неустойчивости, на 2 дБ по всей длине струи в области чисел Струхаля 0.2 ≤ Sh ≤ 2. Показано, что подавление возмущений приводит к некоторому уменьшению толщины сдвигового слоя на границе струи.