Лаб. 8. Аэрофизических исследований дозвуковых течений

Заведующий лабораторией: д.ф.-м.н. проф. Козлов Виктор Владимирович
тел.: (383) 330-42-78
e-mail:kozlov [at] itam.nsc.ru

1.  Экспериментальное исследование возникновения и развития возмущений в двух- и трёхмерных пограничных слоях.

2.  Исследование локализованных вихревых структур в переходных сдвиговых потоках.

3.  Исследование топологии течений и развития возмущений в отрывных потоках.

4.  Управление сдвиговыми потоками.

5.  Физико-химическая механика наносистем и наноматериалов.

1.  Диффузионное горение микроструи водорода
Исполнители: Г.Р. Грек, В.В. Козлов, Ю.А. Литвиненко, А.Г. Шмаков

Экспериментально обнаружено новое физическое явление микроструйного диффузионного горения водорода с нагревом сопла, обеспечивающие стабилизацию горения вплоть до трансзвуковых скоростей истечения водорода.

Обнаруженный режим, может быть использован, для различных технологических целей, таких как организация эффективного перемешивания различных потоков и их подогрев. В таком режиме сгорает только небольшая часть водорода, а остальная смешивается с продуктами горения и воздухом, в результате чего температура такой смеси может варьироваться (путем подбора скорости потока и диаметра сопла) от близкой к начальной до температуры самовоспламенения водорода. Кроме того, такая система может служить своеобразным реактором для осуществления, например, в мягких и контролируемых условиях различных термолитических реакций, таких как синтез наночастиц металлов и оксидов металлов из летучих металлсодержащих прекурсоров, обработка углеводородного сырья и др. Также такие системы могут быть использованы для организации эффективного смешения топлива с воздухом и подогрева такой смеси длялетательных аппаратов и других горелочных устройств.

Публикации

1.  Kozlov V.V., Grek G.R., Korobeinichev O.P., Litvinenko Yu.A., Shmakov A.G. Features of diffusion combustion of hydrogen in the round and plane high-speed microjets (part II) // International Journal of Hydrogen Energy. 2016. Vol. 41,No. 44. P. 20240-20249.

2.  Козлов В.В., Грек Г.Р., Коробейничев О.П., Литвиненко Ю.А., Шмаков А.Г. Горение истекающей в воздух высокоскоростной микроструи водорода // Доклады Академии наук. 2016. Т. 470, № 2. С. 166-171.

3.  Shmakov A.G., Grek G.R., Kozlov V.V., Litvinenko Y.A. Influence of initial and boundary conditions at the nozzle exit upon diffusion combustion of a hydrogen microjet // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. Vol. 42, No. 24. P. 15913-15924.

2.  Диффузионное горение микроструи водорода при ее воспламенении вдали от среза микросопла

Исполнители: Г.Р. Грек, В.В. Козлов, Ю.А. Литвиненко, А.Г. Шмаков, В.В. Вихорев 

• Представлен сценарий сверхзвукового (зажигание микроструи вдали от среза микросопла) диффузионного горения круглой микроструи водорода.
• Установлено, что наличие сверхзвуковых ячеек является стабилизирующим фактором сверхзвукового горения микроструи водорода в ситуации отрыва пламени от среза сопла.

Публикации

1. Козлов В.В., Шмаков А.Г., Грек Г.Р., Козлов Г.В., Литвиненко Ю.А G.R. Явление запирания микросопла при диффузионном горении водорода // Доклады Академии наук, 2018. Т. 480, вып. №1.

2. Kozlov V.V., Grek G.R., Kozlov G.V., Litvinenko Yu.A., Shmakov A.G. Experimental study on diffusion combustion of high-speed hydrogen round microjets// International Journal of Hydrogen Energy. 2019. Vol. 44, No. 1.

3. Kozlov V.V , Vikhorev V. V., Grek G. R., Litvinenko Yu, A., Shmakov A. G. Diffusion combustion of a hydrogen microjet at variations of its velocity profile and orientation of the nozzle in the field of gravitation// Combustion Science and Technology. 2018. Vol.191, Iss. 7. P. 1219-1235.

4. Патент 2 677 322 RU. Способ стабилизации диффузионного горения водорода в газовой микрогорелке (варианты) / Козлов В.В., Грек Г.Р., Шмаков А.Г., Вихорев В.В., Козлов Г.В., Литвиненко Ю. А. Дата подачи заявки 28.11.2017. Дата публ. 16.01.2019. Бюл. № 2.

3. Обтекание модели малоразмерного БПЛА в турбулентном следе

Исполнители:  Б.Ю. Занин, А.М. Павленко, М.М. Катасонов

Модель БПЛА

Саже-масляная визуализация режимов обтекания.

- Получены картины визуализации методом саже-масленых покрытий при различных режимах обтекания.

- С помощью метода термоанемометрии получены количественные данные о структуре турбулентного следа за нитью в зависимости от расстояния.

- Установлено, что на некоторых режимах наблюдаются существенные изменения картин течения вблизи поверхности крыла под воздействием турбулентного следа.

4. Отработана и предложена методика обнаружения области максимальной восприимчивости продольных структур  к  шероховатости на передней кромке скользящего крыла

Модель скользящего крыла

Визуализация течения саже-масляным методом и методом термографии.

Адаптирована методика жидкокристаллической термографии для исследования ламинарно-турбулентного перехода на скользящем крыле, для исследования ламинарно - турбулентного перехода на модели " летающее крыло" дрона,  в области благоприятного градиента давления при наличии двумерных и трёхмерных шероховатостей, при реальных числах Рейнольдса. Полётные числа Рейнольдса беспилотных аппаратов, летающих на малых дозвуковых скоростях, совпадают с числами Рейнольдса в экспериментах, реализуемых в аэродинамических трубах.

5. Разработана и реализована методика количественного экспериментального исследования перехода на скользящих крыльях путём визуализации линии перехода тепловизором

Исполнители:  В.И. Бородулин, А.В. Иванов, Ю.С. Качанов

6. Обнаружен важный распределённой механизм порождения нестационарных вихрей Гёртлера турбулентностью потока в погранслоях над искривлёнными поверхностями

Исполнители: В.И. Бородулин, А.В. Иванов, Ю.С. Качанов, Д.А. Мищенко

Учёт обнаруженного механизма важен при расчёте турбулизации пограничных слоёв на лопатках турбин при конструировании различных турбомашин.

7. Разработка теоретического подхода к описанию линейной устойчивости отрывных течений за двумерными элементами неровности, обтекаемой потоком поверхности, подверженных «медленной» периодической модуляции.

Исполнители: А.В. Бойко, А.В. Довгаль, А.М. Сорокин

- проведены комплексные исследования поведения возмущений в зоне отрыва;

-выяснено влияние на устойчивость;

-исследована линейная гидродинамическая неустойчивость в присутствии флэппинга;

-выполнена параметризация профилей скорости.

                                     Волна неустойчивости                                            Флэппинг                

Расчет в Comsol Multiphysics

Публикации

1. Boiko A.V., Dovgal A.V., Sorokin A.M. Modification of flow perturbations in a laminar separation bubble by heat transfer // Phys. Fluids. 2017. Vol. 29. P. 024103.1-024103.8.

2. Бойко А.В., Довгаль А.В., Козлов В.В. Неустойчивость отрывного течения за двумерными элементами неровности поверхности в низкоскоростном воздушном потоке (обзор). Теплофизикаиаэромеханика.  2017. T. 24, № 2. C. 171–178.

3. Kirilovskiy S.V., Boiko A.V., Poplavskaya T.V. On the laminar-turbulent transition in the boundary layer of streamwise corner // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1893. P. 030149.1-030149.6.

4. Boiko A.V., Dovgal A.V., Sorokin A.M. Stability of spanwise-modulated flows behind backward-facing steps // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1893. P. 020011.1-020011.5.

5. Кулик В.М., Бойко А.В. Формфакторы плоских колец // Измерительная техника 2017. No. 1. C. 28–30.

6. Ivanov O.O., Vedeneev V.V., Kulik V.M.,  Boiko A.V. The influence of compliant coatings on skin friction in the turbulent boundary layer // J. Phys. Conf. Ser. 2017. Vol. 894. P. 012036.1-012036.7.

7. Boiko A.V., Demyanko K.V., Nechepurenko Y.M. On computing the location of laminar–turbulent transition in compressible boundary layers // Russ. J. Numer. Anal. Math. Model. 2017. Vol. 32. P. 1–12.

8. Kornilov V.I., Boiko A.V. The problem of modeling the process of air blowing through finely perforated wall for skin friction reduction // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1893. P. 020002.1-020002.5.

9. Boiko A.V., Kirilovskiy S.V., Nechepurenko Y.M., Poplavskaya T.V. On non-symmetric axial corner-layer flow // J. Phys. Conf. Ser. 2017. Vol. 894. P. 012011.1-012011.6

10. Kulik V., Boiko A., Lee I. Influence of the thickness of monolithic compliant coatings on the skin friction drag // MATEC Web Conf. 2017. Vol. 115. P. 02024.1-02024.5

11. Boiko A.V., Ivanov A.V., Kachanov Y.S., Mischenko D.A., Nechepurenko Y.M. Excitation of unsteady Görtler vortices by localized surface nonuniformities // Theor. Comput. Fluid Dyn. 2017. Vol. 31. P. 67–88

8. Экспериментальное исследование развития локализованных возмущений в пограничном слое

Исполнители: М.М. Катасонов, А.М. Павленко, В.С. Каприлевская, И.А. Садовский

Тетрмоанемометрическая визуализация искусственных локализованных возмущений в пограничном слое.

- Впервые экспериментально обнаружен и исследован механизм неустойчивости фронтов локализованных возмущений, связанный с образованием и развитием в пограничном слое неустойчивых волновых пакетов.

- Обоснована и развита методика экспериментальных исследований в пограничном слое с использованием искусственных возмущений, т.е. в "контролируемых" условиях с использованием современных компьютерных технологий. Исследованы характеристики развития пакетов волн неустойчивости, как в градиентных, так и безградиентных течениях в условиях низкой и повышенной степени турбулентности набегающего потока.

- Исследована устойчивость пограничного слоя, модулированного продольными локализованными возмущениями, показана их роль при генерации и развитии неустойчивых волновых пакетов вблизи фронтов локализованных возмущений.

Публикации

1.  Dovgal A.V., Katasonov M.M., Kozlov V.V., Pavlenko A.M.Evolution of laminar flow disturbances behind a step on a surface generated by its localized vibrations // Fluid Dynamics. 2017. Vol. 52, No. 3. P. 394-400.

2.  Довгаль А.В., Катасонов М.М., Козлов В.В., Павленко А.М.Эволюция возмущений ламинарного течения за уступом поверхности, генерируемых ее локализованными вибрациями // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2017. No. 3. С. 63-70.

3. Katasonov M.M., Kozlov V.V., Pavlenko A.M.Experimental study of the disturbances generated by localized surface vibrations in the flat plate boundary layer // Proceedings of the XXV Conference on High-Energy Processes in Condensed Matter (HEPCM 2017): Dedicated to the 60th anniversary of the KhristianovichInstitute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS (Russia, Novosibirsk, 5–9 Jun., 2017): AIP Conference Proceedings. –S.l.: AIP Publishing, 2017. Vol. 1893, No. 1. Art. No. 030093.

4. Kozlov V.V., Katasonov M.M., Pavlenko A.M.Experimental investigation of localized disturbances in the straight wing boundary layer, generated by finite surface vibrations // Proceedings of the XXV Conference on High-Energy Processes in Condensed Matter (HEPCM 2017): Dedicated to the 60th anniversary of the KhristianovichInstitute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS (Russia, Novosibirsk, 5–9 Jun., 2017): AIP Conference Proceedings. –S.l.: AIP Publishing, 2017. Vol. 1893, No. 1. Art. No. 030094.

5. Pavlenko A.M., Zanin B.Yu., Katasonov M.M.Features of flow around the flying wing model at various attack and slip angle // Proceedings of the XXV Conference on High-Energy Processes in Condensed Matter (HEPCM 2017): Dedicated to the 60th anniversary of the KhristianovichInstitute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS (Russia, Novosibirsk, 5–9 Jun., 2017): AIP Conference Proceedings. S.l.: AIP Publishing, 2017. Vol. 1893, No. 1. Art. No. 030098.

6. Pavlenko A.M., Zanin B.Yu., Katasonov M.M.Laminar-turbulent transition on the flying wing model // 18th International Conference on the Methods of AerophysicalResearch (ICMAR2016) (Russia, Perm, 27 Jun.-3 Jul., 2016): AIP Conference Proceedings. S.l. 2016. Vol. 1770. P. 030060.

9. Перспективы применения волнистого и вариоформного крыла.

Исполнители: И.Д. Зверков, А.В. Крюков, Г.Ю. Евтушок

Структура вариоформного секционного крыла, патент №2412864 (RU).

1 – жёсткая задняя кромка; 2 – жёсткая передняя кромка; 3 – жёсткие нервюры;

4 – эластичная обшивка; 5 – отверстия для подачи давления или вакуума; 6 – горб; 7 – впадина.

-  Исследовано влияние изменения формы профиля крыла на его основные характеристики и устранение отрыва.

-  Исследовано воздействие отсоса воздуха из пограничного слоя. Найдена конфигурация и оптимальное положение области отсоса в области появления локальной отрывной зоны (ЛОЗ) на волнистом крыле с жёсткой обшивкой.

-  Показано, что с помощью отсоса ЛОЗ с расходами порядка 0.6 см³/с можно в 2 раза снизить толщину вытеснения пограничного слоя в области впадины, что может привести к уменьшению профильного сопротивления всего крыла на 20%.

-  Опробован акустический метод получения количественных значений параметров пограничного слоя с помощью микронасадка полного давления. Аккустический метод позволяет определять ламинарно-турбулентный перехода и косвенно определять  ЛОЗ.

Сравнение показаний распределения пульсаций над впадиной волнистого крыла с жесткой поверхностью.

Публикации

1. Зверков И.Д., Крюков А.В., Евтушок Г.Ю. Методы определения ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое вариоформного секционного крыла // Сибирский физический журнал. 2018. Т. 13,No. 3. С. 34-46.

2. Kryukov A.V., Zverkov I.D., Evtushok G.U. An experimental setup for investigating the nonstationary regimes of flow around a wing model at low Reynolds numbers // XIX InternationalConferenceontheMethodsofAerophysicalResearch(ICMAR 2018) (Novosibirsk, Russia, 13–19 Aug., 2018) : AIP Conference Proceedings. S.l.: 2018. Vol. 2027 No. 1.Art. No.  030137(4).  DOI: 10.1063/1.5065231

3. Zverkov I.D., Kryukov A.V., Evtushok G.Yu. Methods of determining the boundary layer characteristics of the varioform section wing // XIX InternationalConferenceontheMethodsofAerophysicalResearch(ICMAR 2018) (Novosibirsk, Russia, 13–19 Aug., 2018) : AIP Conference Proceedings. S.l.: 2018. Vol. 2027, No. 1. Art. No. 030097(12). DOI: 10.1063/1.5065191

10. Изучение особенностей развития неустойчивости и турбулентности при различных условиях в потоке с устойчивой стратификацией и неровностями топографии при помощи методов осредненных уравнений Навье–Стокса

Исполнитель: С.Н. Яковенко

- Развиты алгоритмы компьютерного моделирования стратифицированных течений с неровностями топографии различной формы.

11. Экспериментальные исследования по получению наноразмерных имикропорошков и их применению в перспективных отраслях промышленности

Исполнители: С.П. Бардаханов, В.В. Сызранцев, Д.Ю. Труфанов, А.П. Завьялов, К.В. Зобов, В.А. Прокудин, И.Н. Филиппов

Основные направления работ:

-  Физико-химическая механика наносистем и наноматериалов.

-  Получение наноразмерных и микропорошков и применение в перспективных отраслях промышленности.

-  Газофазные методы получения наноразмерных и микропорошков с учетом высокотемпературных реакций.

-  Электрооптические свойства наночастиц в различных средах и функциональные материалы с наночастицами.

-  Физико-химические свойства наночастиц в зависимости от метода синтеза, проявляющиеся во взаимодействии со сплошными средами.

-  Наноразмерные порошки и создание конструкционных и функциональных керамических композиционных материалов.

-  Практическое использование порошков в современных и новейших отраслях промышленности.

-  Созданы прототипы новых материалов.

-  Совместно с БГУ продемонстрировано усиление адгезии широко распространенных клеевых композиций при добавках нанопорошков.

-  Обнаружено, что наполнение стандартных шумозащитных материалов нанопористыми объектами может значительно улучшать акустические свойства.

Атомно-силовая микроскопия (АСМ) распределения напряжений в клеевой композиции (сэвилен) наполненной наночастицами.