№ 2 (2024)

На основе e^N-метода выполнены сравнительные расчеты положения начала зоны ламинарно-турбулентного перехода для двух точек на траектории посадки космического аппарата Pathfinder на поверхность Марса. В расчетах использовалась трехкомпонентная модель термохимически неравновесной смеси CO₂–CO–O. Набор частот пространственных возмущений находился по нейтральным кривым для первых неустойчивых мод временных возмущений. Число Рейнольдса перехода Re_δT определялось по огибающим семейств кривых N-факторов при N_T = 8. В гиперзвуковом режиме при M = 12.6 учет развитой термохимической неравновесности приводит к значительному снижению статической температуры газа в нижней части пограничного слоя. В результате начало зоны ламинарно-турбулентного перехода сдвигается вниз по потоку примерно на 9% по сравнению со случаем совершенного газа.

Рассматривается задача о нагнетании ньютоновской жидкости с постоянным расходом через нагнетательную скважину в изначально невозмущенный бесконечный пласт с эрозионной вертикальной магистральной трещиной постоянной ширины. Методом преобразования Лапласа получены аналитические решения для полей давления в трещине и пласте, скорости течения в трещине, а также уравнения траекторий жидкости в пласте и в магистральной трещине. Представленные решения применимы также к задаче отбора жидкости в добывающую скважину, пересеченную вертикальной магистральной трещиной. Построены нестационарные двумерные поля давления в пласте, а также давления и скорости в трещине.

Рассмотрена первая задача Стокса для течения неньютоновских жидкостей, эффективная вязкость которых изменяется в соответствии со степенным законом. Для жидкостей, механическое поведение которых описывается реологическими моделями Оствальда – де Ваэля и Гершеля–Балкли, с соответствующими ограничениями на показатель n степени нелинейности построены автомодельные решения. Показано, что для жидкости Оствальда – де Ваэля автомодельное решение существует лишь при 0 < n < 1, что соответствует псевдопластическому поведению. В то же время для вязкопластической жидкости Гершеля–Балкли автомодельное решение может быть получено только при n > 1, когда эта жидкость демонстрирует проявление дилатантности.

Детально анализируется быстрое развитие аномальной интенсификации отрывного турбулентного (при Re = 6000) течения воздуха и теплообмена в коридорном однорядном пакете из 31 наклонной канавки относительной глубиной 0.2 на выделенном продольном участке стенки узкого канала, вызванное интерференцией вихревых следов за канавками и ускорением в ядре канального потока с формированием зоны ультравысокой продольной скорости. Стабилизация волнообразных характеристик происходит примерно к 15-й канавке, в затем наблюдается умеренное снижение амплитуд колебаний. Возвратные токи в канавках по мере их удаления от входного сечения усиливаются, при этом минимальное отрицательное трение уменьшается от –2 до –4. Суммарная относительная теплоотдача структурированного участка растет при q = const примерно в 2.٧5 раза, а при T = const – в 2 раза при увеличении относительных гидравлических потерь в 1.7раза по сравнению с плоскопараллельным каналом. Относительная теплоотдача от поверхности, ограниченной контуром 20-й наклонной канавки, достигает 3.7(q = const) при 2.2 росте гидравлических потерь. В канале наблюдается увеличение локального максимума продольной скорости в 1.5 раза в сравнении со среднемассовой скоростью.

Представлены результаты исследования устойчивости пограничного слоя над стреловидным крылом с участком отсоса газа через стенку по нормали к поверхности при числе Маха 2. Для рассмотренного режима течения доминирующим типом неустойчивости в пограничном слое является неустойчивость поперечного течения. Влияние отсоса газа на развитие неустойчивых мод в пограничном слое проводится с помощью линейной теории устойчивости и метода прямого численного моделирования. Численное моделирование ламинарных (невозмущенных) полей течения с участками отсоса газа и полей течения с возмущениями производится с помощью интегрирования уравнений Навье–Стокса. В рамках линейной теории устойчивости производится анализ с помощью e^N-метода. Положение области отсоса варьируется с сохранением интегральной интенсивности. Показана возможность существенного подавления роста неустойчивых мод за счет оптимального расположения области отсоса.

Рассмотрена задача о собственных колебаниях жидкости в горизонтальной скважине с множественными трещинами, полученными путем гидроразрыва пласта (ГРП). Построена математическая модель собственных колебаний жидкости в горизонтальной нефтяной скважине, сообщающейся с пластом системой радиальных трещин ГРП, и определены частотные характеристики собственных колебаний жидкости в зависимости от параметров трещины ГРП и пласта. С помощью численного анализа частотных характеристик колебаний показано влияние изменения ширины трещины, количества трещин и проницаемости пласта на собственные частоты.

Представлены результаты численного исследования взаимодействия сформированной ячеистой волны детонации, распространяющейся в заполненном покоящейся стехиометрической водородно-воздушной смесью плоском канале, с расположенными на его внутренней поверхности множественными препятствиями (барьерами). Исследование проведено в целях определения условий, обеспечивающих подавление детонации. Изучено влияние геометрических параметров области с препятствиями на распространение волны. Обнаружено, что локализация препятствий в углублении в стенке канала приводит к снижению их разрушающего воздействия на детонацию. Рассмотрено гашение детонационного горения расположенным вдоль стенки канала слоем нереагирующего газа, ограниченным одиночными барьерами. Исследовано влияние состава газа на взаимодействие волны детонации со слоем. Предложены нереагирующие газовые смеси, при заполнении которыми области с препятствиями усиливается разрушающее воздействие барьеров на детонационную волну.