Диссертация (1145329), страница 4
Текст из файла (страница 4)
(доклад делал сотрудник лаборатории. В.В.Упырев).6. IV Минский международный коллоквиум по физике ударных волн, горения и детонациив Институте тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси, 9 - 12 ноября 2015 г.7. 7th European Combustion Meeting. Budapest, Hungary, 30 March - 2 April, 2015 [6].8.
30th International Symposium on Shock Waves. July 19-24, 2015, Tel-Aviv, Israel [7 ].‑!159. 12th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics(HEFAT2016), 11-13 July 2016, Malaga, Costa Del Sol, Spain [8].‑Внедрение. Результаты работы нашли применение в 8 патентах на: генераторы ударныхволн для технологических установок [9, 10], акустические излучатели [11 , 12], станцию зарядки‑‑‑‑электромобилей с волновым накопителем энергии [ 13], газотурбинную установку с волновым‑накопителем энергии [14] и др.
[15, 16]. Результаты работы использованы в ходе выполнения‑‑‑ПНИ «Разработка технологии непрерывно-детонационного гиперзвукового воздушнореактивного двигателя воздушно-космической транспортной системы с управляемымсжиганием топлива в оптимальных структурно-устойчивых тройных конфигурациях ударныхволн с долей детонационного горения не менее 85% объема камеры сгорания» (Соглашение №14.575.21.0057, уникальный идентификатор прикладных научных исследований RFMEFI57514X0057, 2014-2016 г.), а также в ходе выполнения НИР "Разработка технологииэнергетических машин с высоким КПД" (внутренний шифр ИТМО 715861).Публикации.
Основные результаты опубликованы в 123 работах. В том числе, в 6 статьяхв ведущих изданиях, индексируемых в Scopus и WoS по аэрокосмической тематике [ 17, 18],‑‑механике [19 , 20], вычислительным методам [21 , 22]. 5 статей в рецензируемых журналах,‑‑‑‑рекомендуемых ВАК по направлениям "механика" [23, 24, 25 принята к печати в 2017 г., 26‑‑‑‑принята к печати в 2017 г.] и "вычислительные методы" [27 ]. В зарубежных журналах,‑индексируемых в Scopus и WoS, опубликована серия из 31 статьи по всем основным разделамработы. Цикл из 17 статей опубликован в журнале "Вестник ИТМО", рекомендованном ВАК поспециальностям "физика", "машиностроение", "информатика и управление". Кроме того, подредакцией автора выпущены сборники статей "Ударные волны" [28 ] и "Донное давление" [ 29].‑‑Личный вклад.
Во всех частях исследования личным вкладом автора являетсяпостановка задачи, обработка и интерпретация результатов, разработка теорииперестройкиударно-волновых структур, теоретическое обоснование критериев перехода от одной структурык другой в условиях гистерезиса. Вычислительные и физические эксперименты,параметрическое исследование ударно-волновых структур и областей их существованиявыполнялись научной группой сотрудников под руководством автора. Исследование численныхметодов повышенного порядка точности, основанных на решении задачи о распадепроизвольного разрыва, выполнено совместно с д.т.н. К.Н.Волковым (Kingston University, London).
Результаты нашли отражение в совместных научных статьях. В этих работах личнымвкладом автора является разработка математической модели и метода решения задачи овзаимодействии двух полубезграничных сверхзвуковых потоков. К.Н. Волковым выполнена!16разработка программы расчета, подбор тестовых задач, а также проведены численные.
В работетакже использованы результаты д.т.н. М.В.Чернышова (Санкт-Петербургский политехническийуниверситет Петра Великого). Опираясь на них, автор работы выполнил комплексноеисследование областей существования ударно-волновых структур, возникающих приинтерференции двух произвольных скачков уплотнения.Объем и структура диссертации.
В диссертации - 361 стр., 256 иллюстраций, 358источников. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения.В первой главе приведены основные положения теории интерференции стационарныхгазодинамических разрывов в том, виде, как она сложилась к настоящему времени. На примереэтапных работ крупнейших специалистов в области газодинамики показано, как развиваласьтеория и получались экспериментальные результаты, её подтверждающие. Обсужденывопросы, требующие дальнейшей разработки.Во второй главе приведена теория одиночного газодинамического разрыва, показана еёсвязь с теорией волн, каустик и волновых фронтов, математической теорией особенностейгладких отображений.
Законы сохранения на разрыве выведены непосредственно изпредставлений о его волновой структуре, доказана их применимость для разрывов в реальномгазе. Рассмотрены свойства ударных поляр в идеальном и калорически несовершенном газе.Приведена теория дифференциальных свойств скачка уплотнения, с её помощью решенызадачи построения скачка уплотнения в перерасширенной струе идеального газа, определениякоординат точки зарождения висячего скачка в недорасширенной струе, а также кривизныграницы перерасширенной и недорасширенной струи на кромке сопла.
Рассмотренстационарный фронт горения в сверхзвуковом потоке.Выполнены экспериментальныеисследования по инициированию детонации и стабилизации сверхзвукового горения.В третьей главе рассматривается отражение скачков уплотнения от стенки и от осисимметрии, интерференция встречных скачков с разной интенсивностью, математическаямодель регулярной и маховской интерференции встречных скачков.
На основании теориидопустимых перестроек ударно-волновых структур сформулированы критерии выбора решенияв областях неоднозначности. Приведено теоретическое обоснование этих критериев, а такжекритериев переключения от регулярной интерференции к маховской и обратно. Подробноизучаются критерии перехода от одного вида интерференции к другой, областинеоднозначности решений и имеющее при этом место явление гистерезиса. Для этогоиспользуются аналитические решения, теория трансформации ударных волн и волновых!17фронтов, в сочетании с вычислительным экспериментом и экспериментом методомгидроаналогии.В четвертой главе изучается регулярная интерференция разрывов одного направления.Эта задача на современном этапе является наиболее актуальной для разработки сверхзвуковыхвоздухозаборников внешнего сжатия.
Рассмотрена центрированная волна сжатия, котораясжимает поток без потерь полного давления, и интерференция двух скачков. Изучаются областипараметров течения, в которых отраженный исходящий из точки интерференции разрывявляется волной разрежения или скачком уплотнения. Главный исходящий разрыв - всегдаскачок уплотнения. Оптимальной для применения в воздухозаборниках являетсяхарактеристическая ударно-волновая структура, которой в четвертой главе уделено особоевнимание.
Также намечены задачи исследования нерегулярной (маховской) интерференциискачков уплотнения одного направления.Пятая глава посвящена маховской интерференции, ударно-волновым структурам,тройным конфигурациям ударных волн, их трансформациям и перестройкам при изменениичисла Маха набегающего потока, изменении интенсивности одного или двух приходящихскачков уплотнения. Подробно изучаются области существования ударно-волновых структурразличного типа, закономерности перехода структур одного типа в другой. Для чисел Маха от 1до 7 и углов разворота потока на скачках от 0 до 30° построены области всех возможных УВС,которые могут образовываться при интерференции двух косых скачков.
Показано, что этиобласти перекрывают друг друга, т.е. при одних и тех же параметрах допускаетсясуществование до трех различных УВС.Шестая глава посвящена обоснованию современных численных методов расчетасверхзвуковых потоков с сильными ударными волнами и контактными разрывами. В точной иприближенной постановке решается задача о взаимодействии под некоторым углом двухсверхзвуковых потоков - это, так называемая, задача о распаде произвольного разрыва, нарешении которой основаны численные методы типа Годунова-Колгана. При этом исходнаятеория, разработанная В.Н.Усковым, переработана с целью более удобного использования всовременных численных методах. С помощью эталонных задач тестируются различныеразностные схемы повышенного порядка точности. Выявлено, что в определенных случаях, причислах Маха, стремящихся к единице, применение приближенных решений задачи о распадепроизвольного разрыва приводит к "потере" части решения, в этом случае необходимоиспользовать полную постановку задачи.
Определены границы таких областей.!18В заключении дано обобщение полученных результатов и намечены направлениядальнейших исследований.Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность Ускову В.Н. за обсуждениеструктуры работы и плана исследований. Усков В.Н. являлся научным консультантомнастоящей работы вплоть его трагической гибели, ему принадлежит перечень задач, которыенеобходимо решить в первую очередь. Автор также выражает благодарность КонстантинуНиколаевичу Волкову за совместное выполнение численных исследований; МихаилуВладимировичу Чернышову за любезно предоставленные им материалы по тройнымконфигурациям ударных волн, которые были использованы в исследованиях; сотрудникамлаборатории "Механики и энергетических систем" Университета ИТМО Николаю ВасильевичуПродану и Владимиру Владимировичу Упыреву за выполненные ими под руководством авторарасчетные исследования; Ольге Сергеевне Смирновой за помощь в редактировании работы.✹ !19Глава 1 Интерференция газодинамических разрывов - историяисследований, основные сведения и методологияData aequatione quatcnque fluentes quantitaeinvolvente fluxiones invenire et vice versa.Полезно решать дифференциальные уравнения.Исаак Ньютон.В.Н.Усков в ряде обзоров: историческом очерке "Наука о стихиях" [ 30; 2007 г.], обзоре‑истории развития аэрогазодинамики [31; 2006 г.], истории исследования ударных волн [32; 2013‑‑г.] и обзорах работ отечественных аэрогазодинамиков [ 33; 2010 г.], [34; 2010 г.], привел‑‑достаточно подробные сведения об основных этапах прогресса в области исследования ГДР.
Вразличных (в том числе неопубликованных) работах В.Н.Ускова рассмотрены вопросыклассификации газодинамических разрывов, ударно-волновых процессов, задачи управленияструйными течениями, ударно-волновыми структурами и ударно-волновыми процессами.В 2001 г. вышел трехтомник, посвященный ударным волнам, под редакцией Бен Дора [1].В первом томе этого издания, претендующего на всеобъемлющее описание предметнойобласти, связанной с газодинамическими разрывами, приведен подробный перечень работ, вкоторых, начиная с 17-ого века, формировались представления о волновых процессах вприроде.
Особенно подробно рассмотрен ранний период - до 30-х годов XX-ого века.Однако, несмотря на большой объем представленного материала, многие практическиважные задачи в этом издании не освещены. Отсутствуют полнота и единство классификацииволн и разрывов, ударно-волновых процессов и ударно-волновых структур.1.1 Понятие о волнах, газодинамических разрывах и ударно-волновых процессахБольшинство задач сверхзвуковой аэрогазодинамики связано с ударно-волновымипроцессами (УВП), которые представляют собой объект исследований.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
