1. III.22.3.3..Гидродинамика нестационарных течений гетерогенных и многофазных сред с концентрированными вихрями в природных и технологических процессах
(Рук.: Никулин В.В.)
Номер проекта в ИСГЗ ФАНО: 0308-2018-0008
Регистрационный номер: АААА-А17-117021650048-5
| Планы: Для экспериментального исследования турбулентного обмена между вихревым кольцом и окружающей средой будет разработана новая методика. Методика основана на теневой визуализации процесса. С этой целью будут генерироваться вихревые кольца, содержащие жидкость другой плотности, чем окружающая. Будет экспериментально исследован турбулентный обмен между вихревым кольцом и окружающей средой в случаях, когда плотность среды в вихре больше или меньше, чем вне его. В экспериментах будет варьироваться скорость вихря, разность плотностей. Числа Рейнольдса будут достигать примерно 30000. Будут установлены характерные расстояние и время турбулентного обмена в зависимости от скорости движения вихря при различной величине разности плотностей. На основе анализа проведенных экспериментов будет получено выражение для коэффициентов турбулентного обмена в зависимости от параметров вихря. Результаты будут обобщены на линейные концентрированные вихри, что позволит оценивать интенсивность процессов турбулентного обмена и в таких течениях.
Будет экспериментально исследовано движения плавучих вихревых колец, имеющих начальный импульс, по направлению действия выталкивающей силы. Будут определены коэффициенты расширения, в зависимости от начальной скорости и величины выталкивающей силы, выполнено сравнение результатов экспериментов с разработанной теоретической моделью. При проведении экспериментов будет применена методика, разработанная ранее при выполнении данного проекта, для исследования движения плавучих вихревых колец против действия выталкивающей силы.
Будет продолжено экспериментальное исследование течения несжимаемой жидкости в вихревой камере, моделирующей трубку Ранка, выявлены характерные особенности, отличающие его от течения в вихревой камере с одним выходом.
При исследовании динамики гидромеханических систем с вязкой жидкостью и твердыми или газовыми включениями при наличии внешних воздействий будет выполнено математическое моделирование нестационарного движения вязкой жидкости с газовым или свободным твердым включением в трубе; теоретическое исследование плоского или пространственного нестационарного вихревого течения вязкой жидкости, ограниченной одной или двумя неподвижными или движущимися криволинейными стенками; теоретическое исследование совместного пространственного или плоского нестационарного вращательного движения вязкой жидкости и неоднородного твердого тела в присутствии массовой силы.
В ходе исследований процессов сжигания газовых зарядов в водной среде будут решены следующие задачи.
Будут определены критерии оптимальной генерации импульсов силы на тяговую стенку в воде для N кольцевых и квази-цилиндрических газовых зарядов, с учетом генерации вихревых потоков.
Будут определены оптимальные условия генерации импульсов силы на тяговую стенку в условиях дефлаграционного и детонационного сжигания газовых зарядов для пропан-воздушных, метано-кислородных и метано-воздушных зарядов.
Будут разработаны и испытаны лабораторные макеты газо-импульсных водных движителей, изготовленных с учетом результатов НИР, проведена оптимизация работы макетов ГИВД по параметрам средней удельной тяги.
Научное значение проекта связано с тем, что решаемые в нем задачи являются частью таких фундаментальных проблем гидродинамики, как динамика завихренности, динамика примесей, турбулентность в закрученных потоках, динамика подводного горения с образованием струй и вихрей. Основное внимание в проекте будет уделено явлениям, возникающим в течениях с концентрированными кольцевыми и линейными вихрями; фундаментальным проблемам динамики твердых включений в вязкой жидкости; гидродинамическим эффектам, связанных с образованием струй и вихрей при подводном сжигании газовых топлив.
Планируемые результаты с точки зрения новизны, оригинальности и точности соответствуют мировому уровню либо определяют мировой уровень.
Целью проекта является получение новых научных результатов по следующим направлениям.
• Экспериментальное определение характерных параметров (расстояния, времени) турбулентного обмена между вихревым кольцом и окружающей средой другой плотности, в зависимости от параметров вихря и разности плотностей. Получение аналитических оценок коэффициентов турбулентного обмена, их связи с параметрами вихря на основе экспериментальных данных. Обобщение оценок коэффициентов турбулентного обмена на другие концентрированные вихри, в частности, линейные, типа торнадо.
• Исследование закономерностей движения плавучего вихревого кольца в поле тяжести, определение динамики параметров, коэффициента расширения при различных величинах выталкивающей силы и числах Рейнольдса.
• Продолжение работ по исследованию течения несжимаемой жидкости в вихревой камере, моделирующей трубку Ранка.
• Выявление новых закономерностей динамики гидромеханических систем с вязкой жидкостью и твердыми или газовыми включениями при наличии внешних воздействий.
• Выявление влияния механизмов и режимов сжигания газов в пузырях, инжектируемых в воду, для генерации импульсов силы, на степень преобразования энергии сгоревшего газа в импульсы силы по параметрам удельной тяги.
• Исследования влияния гидродинамических процессов в воде и механизмов сжигания газов в кольцевых и квази-цилиндрических пузырях на параметры удельной тяги.
• Разработка и испытание лабораторных макетов газо-импульсных водных движителей (ГИВД), изготовляемых с учетом результатов НИР.
|
