Журнал Вестник НГУ. Cерия Физика. 2016. Том 11, выпуск 1 EN

Физика жидкости, нейтральных и ионизованных газов

Гапонов С. А., Смородский Б. В. Ламинарный сверхзвуковой пограничный слой бинарной смеси газов

Проведено теоретическое исследование свойств сжимаемых пограничных слоев бинарной смеси газов в рамках локально-автомодельных уравнений пограничного слоя. Рассматривалась задача, когда в пограничный слой на плоской пластине производилась инжекция с проницаемой поверхности модели газов с различным молекулярным весом – как легче, так и тяжелее воздуха. Проведены расчеты профилей скорости, плотности, температуры и концентрации примеси таких пограничных слоев при различных числах Маха. Обнаружено, что с увеличением
интенсивности инжекции примеси происходит монотонное уменьшение коэффициентов поверхностного трения и теплопередачи. Установлено, что при числах Маха порядка M = 2 действие инжекции тяжелого газа с поверхности модели в пограничный слой аналогично действию охлаждения стенки модели, и приводит к увеличению плотности смеси вблизи стенки. В результате этого профили сверхзвукового пограничного слоя модифицируются таким образом, что линейная устойчивость слоя должна повышаться при инжекции примеси с большим молекулярным весом. Это, в свою очередь, должно приводить к смещению положения ламинарно-турбулентного перехода вниз по течению.

5

Дрясов А. Д., Ермолаев Ю. Г., Косинов А. Д., Семенов Н. В., Семенов А. Н. Влияние вихревых возмущений на ламинарно-турбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое на скользящем крыле при М = 2,5

Выполнены экспериментальные исследования восприимчивости сверхзвукового пограничного слоя на скользящем крыле к вихревым возмущениям при числе Маха 2,5. В экспериментах использовались 3 % симметричная модель скользящего крыла с чечевицеобразным профилем и углом скольжения кромок 45. Выполнено исследование структуры вихревых возмущений, создаваемых с помощью проволоки. Показано, что уровень возмущений в свободном потоке увеличивается с ростом диаметра проволоки. Определены положения ламинарно-турбулентного перехода и получены данные по развитию возмущений в пограничном слое модели. Получено, что увеличение интенсивности вихревых возмущений в свободном потоке приводит к более раннему переходу. Определены коэффициенты восприимчивости.

16

Голубев М. П., Шмаков А. С. О применении упругих покрытий для регистрации поля давления на поверхности модели при сверхзвуковом режиме обтекания

Представлены результаты апробации панорамного интерференционного метода регистрации полей давления на основе упругих покрытий (датчиков) для получения распределения давления на поверхности плоской пластины с острой передней кромкой. Эксперименты выполнены в сверхзвуковой аэродинамической трубе при числе Маха М = 4. Показано, что чувствительности слоя и его быстродействия достаточно для регистрации пульсаций давления на фоне стоячих и бегущих поверхностных волн в датчике. Продемонстрировано, что, применяя регистрацию изображений с высокой частотой, можно на картинах визуализации отделить высокоскоростные возмущения, распространяющиеся в пограничном слое, от низкоскоростных поверхностных волн.

23

Гольдфельд М. A., Захарова Ю. В., Старов А. В., Тимофеев К. Ю. Щелевой канал как газодинамический источник воспламенения и стабилизации горения в сверхзвуковой камере сгорания

Для обеспечения воспламенения топлива при большой сверхзвуковой скорости потока в канале была предложена оригинальная схема стабилизации горения при параллельной потоку спутной подаче топлива, которая обеспечивает высокую температуру потока в области образования топливно-воздушной смеси. Были проведены расчетно-экспериментальные исследования самовоспламенения и горения водорода в модельной камере сгорания с щелевым каналом (газодинамический источник воспламенения) при числах Маха 3,7 и 5,8 на входе. Численное моделирование было выполнено на основе решения полных осредненных уравнений Навье – Стокса, дополненных k-w SST моделью турбулентности. Эксперименты были выполнены в импульсной аэродинамической трубе ИТ-302М ИТПМ СО РАН в режиме присоединенного воздухопровода. Щелевой канал имел два варианта исполнения выходного сопла: с и без геометрического горла. Было установлено, что поток на входе в щелевой канал характеризуется сложной структурой с двумя вихрями с высокой температурой, которая остается таковой в канале с геометрическим горлом и при запирании канала без горла. Обнаружено, что в канале с геометрическим горлом реализуется равномерное дозвуковое течение. Течение в щелевом канале без геометрического горла остается сверхзвуковым, но с меньшим числом Маха, чем в основном канале. Структура течения на выходе щелевого канала существенно разная для этих двух случаев.

34

Юсупов Р. Р., Шторк С. И., Алексеенко С. В. Исследование сильнозакрученного газожидкостного потока в гидродинамической вихревой камере

Работа посвящена экспериментальному исследованию закрученных однофазного и двухфазного потоков в горизонтальной вихревой камере с тангенциальным завихрителем. Особое внимание уделено возникновению нестационарных вихревых структур. В случае однофазного потока выявлено образование прецессирующего вихревого ядра (ПВЯ) в сопле. Экспериментально подтверждена линейная зависимость частоты прецессии ПВЯ и квадратичная зависимость полного перепада давления в вихревой камере от расхода жидкости. В случае двух- фазного потока высокоскоростная визуализация также позволила выявить наличие вторичных вихревых структур в цилиндрической области за внезапным расширением. Добавление газовой фазы в поток приводит к резкому падению частоты прецессии вихря и полного перепада давления в вихревой камере. При дальнейшем увеличении газосодержания частота плавно уменьшается, а перепад изменяется незначительно, слабо возрастая или уменьшаясь в зависимости от расхода несущей фазы. При этом выявляется согласованность изменений интегральных характеристик потока при изменении расходов жидкости и газа.

45

Куйбин П. А., Литвинов И. В., Сонин В. И., Устименко А. С., Шторк С. И. Моделирование условий закрученного потока на входе в отсасывающую трубу для различных режимов работы гидротурбины

Одним из основных источников мощных пульсаций давления в проточной части гидротурбин на режимах частичной или форсированной нагрузки является прецессирующий вихревой жгут, который образуется в отсасывающей трубе вследствие высокой остаточной закрутки потока на выходе из рабочего колеса. Для исследования влияния условий потока на выходе из рабочего колеса гидротурбины на уровень пульсаций давления в отсасывающей трубе использовались методы численного и экспериментального моделирования. Численные расчеты показали, что распределения скорости на входе в отсасывающую трубу, соответствующие различным режимам работы реальных турбин, можно воспроизводить с помощью комбинации двух лопаточных решеток – ротора и статора. Экспериментальная верификация численных результатов была проведена на воздушном стенде с применением метода 3D-печати для изготовления лопаточных решеток и модели отсасывающей трубы. Измерения полей скорости на входе в конус отсасывающей трубы с помощью лазерно-допплеровского анемометра и уровня пульсаций давления с помощью акустических датчиков позволили построить корреляции между характером распределений скорости и амплитудно-частотными характеристиками пульсаций потока, обусловленных прецессирующим вихревым жгутом.

56

Козулин И. А., Кузнецов В. В., Барткус Г. В. Экспериментальное изучение взрывного вскипания органических жидкостей методом изменения интенсивности лазерного
излучения при рассеянии на микропузырьках

Проведено экспериментальное изучение закономерностей взрывного кипения органических жидкостей при импульсном нагреве. С помощью оптического метода регистрации интенсивности отраженного луча от поверхности микронагревателя экспериментально получены закономерности взрывного кипения этиленгликоля и октана. В качестве микронагревателя использован многослойный тонкопленочный резистор с размером 100 x 110 мкм. Данные по динамике вскипания показали, что высокие плотности теплового потока обеспечивают условия для начала фазового взрыва и образования сплошной пленки пара на поверхности нагревателя. Получены экспериментальные данные по динамике заполнения поверхности нагревателя паровыми пузырями, определено время кипения и время жизни основного пузыря.

66

Барткус Г. В., Кузнецов В. В. Экспериментальное изучение детальной структуры газожидкостного течения в прямоугольном микроканале

Экспериментально изучена детальная структура восходящего газожидкостного течения смеси вода-азот в вертикальном микроканале с прямоугольным сечением 420 ч 280 мкм. При проведении экспериментов использованы методы высокоскоростной видеосъемки и лазерно-индуцированной флуоресценции. В широком диапазоне расходов газа и жидкости определены характерные режимы газожидкостного течения, измерены скорости удлиненных пузырей и локальная толщина пленки жидкости. Определена зависимость локальной толщины пленки от капиллярного числа и установлено, что закон Тейлора для прямоугольного канала не выполняется в полной мере из-за деформации межфазной поверхности и стягивания жидкости в углы канала под действием капиллярных сил.

73

Физика твердого тела, полупроводников, наноструктур

Ткаченко О. А., Ткаченко В. А. Чувствительность к беспорядку графеноподобных решеток квантовых точек и антиточек в двумерном электронном газе

Мы сравниваем трехмерную электростатику полупроводниковых структур с графеноподобными решетками квантовых точек и антиточек, сформированными в плоскости двумерного электронного газа. При заданной постоянной решетки, форма потенциала может быть подстроена таким образом, что обе решетки имеют минизонный спектр с выраженной второй дираковской особенностью, не перекрытой другими состояниями. Однако чувствительность решетки квантовых точек к ошибкам технологии остается более высокой, поскольку источники
беспорядка на поверхности структуры в случае квантовых точек находятся над потенциальными ямами, заполненными электронами, а в случае антиточек – над потенциальными горбами (областями обеднения), где нет электронов. Таким образом, решетка антиточек оказывается более предпочтительной для получения полупроводникового искусственного графена.

80

Уткин Д. Е., Шкляев А. А., Дульцев Ф. Н., Латышев А. В. Формирование «прореженных» двумерных фотонных кристаллов в кремнии

Исследованы особенности взаимодействия остросфокусированного пучка электронов с резистом PMMA-950K при изготовлении в нем близко расположенных пор при их неоднородном пространственном распределении. Подобраны технологические параметры изготовления «прореженных» двумерных фотонных кристаллов в кремнии с использованием сканирующей электронной литографии, позволяющие получать структуры с погрешностью латеральных размеров, не превышающей 2 % с учетом ошибок измерений. Достигнутая точность изготовления пор является достаточной для исследования эффектов интерференции при излучении массива полостей в двумерных фотонных кристаллах.

88

Ситников С. В., Косолобов С. С., Латышев А. В. Формирование двумерных отрицательных островков при быстром охлаждении ультраплоской поверхности Si(111)

Методами in situ сверхвысоковакуумной отражательной электронной и ex situ атомно-силовой микроскопии проведены исследования морфологических трансформаций ультраплоской ступенчатой поверхности кремния (111), содержащей широкие (20–50 мкм в диаметре) сингулярные террасы, в процессе сублимации и при быстром охлаждении от высоких температур. Обнаружено формирование двумерных отрицательных «вакансионных» островков на широких террасах при закалке от температур выше 1 200°С. Показано, что изменение критического
размера террасы, при котором происходит зарождение нового двумерного отрицательного островка, связывается с изменением атомного механизма массопереноса на поверхности кремния.

94

Физика химическая, биологическая, медицинская

Стрижаков Р. К., Кужелев А. А., Тормышев В. М., Багрянская Е. Г. Спектроскопия ЭПР тритильных радикалов: исследование особенностей сверхтонкого взаимодействия неспаренного электрона с ядрами 13C

Для ряда тритильных радикалов измерены константы сверхтонкого взаимодействия (СТВ) неспаренного электрона с ядрами 13C. Результаты систематического анализа констант СТВ показывают пренебрежимо малую их зависимость от растворителя, а также природы и количества заместителей при пара-С атомах ароматических колец, представленных в структуре тритильного радикала.

100

Физика высоких энергий, ускорителей и высокотемпературной плазмы

Аржанников А. В., Беклемишев А. Д. Электрореактивный двигатель высокой тяги с гофрированным винтовым магнитным полем

Представлен принципиально новый электрореактивный ракетный двигатель, который может обладать большой тягой при высоком удельном импульсе. В основу работы такого двигателя положен механизм ускорения замагниченной плазмы вдоль оси цилиндрической камеры с винтовым гофрированным магнитным полем. Ускорение плазмы достигается в ходе ее дрейфового движения за счет приложенного радиального электрического поля. В аналитическом описании процесса движения плазмы дается наглядное представление о том, как диамагнитные силы обеспечивают процесс непрерывного ускорения ионов плазмы вдоль оси винтового гофрированного магнитного поля. Результатом этого процесса является поток ускоренной плазмы, вытекающий через расширяющееся сечение магнитного сопла, что создает тягу такого ракетного двигателя. Представлены результаты оценочных расчетов, показывающие возможность достижения высокой тяги (диапазона 10^2–10^4 ньютонов) винтового плазменного двигателя при высоком удельном импульсе (от уровня 3*10^4 до 10^3 с соответственно) в условиях приемлемого КПД. Указанная совокупность параметров принципиально недостижима для реактивных двигателей, работающих на основе других физических механизмов.

107

Сведения об авторах

119

Информация для авторов

122

Вернуться на главную