ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК
ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Print ISSN: 1727-2769    Online ISSN: 2658-3747
English | Русский

Последний выпуск
№3(40) июль-сентябрь 2018

Численное моделирование недорасширенных осесимметричных микроструй, истекающих в затопленное пространство

Выпуск № 1 (38) январь-март 2018
Авторы:

Анискин Владимир Михайлович,
Коротаева Татьяна Александровна,
Ободовская Екатерина Александровна,
Турчинович Анна Олеговна
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1727-2769-2018-1-22-35
Аннотация

В последнее время возрос интерес к исследованию микроструй, что связано с широкой перспективой использования микроструй в практических приложениях химической и аэрокосмической промышленности. В отличие от хорошо изученных макроструй экспериментальных и расчетных данных по структуре микротечений недостаточно. Данная работа представляет результаты численного моделирования истечения сверхзвуковых недорасширенных микроструй в затопленное пространство. Условия в затопленной области соответствуют стандартной атмосфере на нулевой высоте. Численное моделирование истечения сверхзвуковых струй из микросопел выполнено с помощью академической версии коммерческого пакета ANSYS. Стационарные уравнения Навье–Стокса, осредненные по Рейнольдсу, решались для ламинарного режима истечения и турбулентного с моделью турбулентности k–ω SST. В работе представлены результаты, полученные для диаметров сопел 2 – 44.3 мкм, степеней нерасчетности n = 1.5 – 4. Показано влияние нерасчетности на ударно-волновую структуру сверхзвукового участка струи, истекающей из сопла диаметром

16.1 мкм для ламинарного режима истечения, а также распределение параметров вдоль оси струи для ламинарного и турбулентного режимов истечения. Представлены основные параметры струи: размеры бочек и дальнобойность струй в широком диапазоне степеней нерасчетности и диаметров сопел осесимметричных сверхзвуковых недорасширенных струй. Проведено их сопоставление с известными обобщающими зависимостями для макроструй.


Ключевые слова: сверхзвуковые микроструи, степень нерасчетности, газодинамическая структура струи, ламинарный и турбулентный режимы течения, модель турбулентности, дальнобойность, длина бочки, численное моделирование, уравнения Навье–Стокса.

Список литературы

1. Исследование структуры сверхзвуковых неизобарических струй / В.М. Бойко, А.В. Достовалов, В.И. Запрягаев, И.Н. Кавун, Н.П. Киселев, А.А. Пивоваров // Ученые записки ЦАГИ. – 2010. – Т. 41, № 2. – С. 44–57.



2. Дулов В.Г., Лукьянов Г.А. Газодинамика процессов истечения. – Новосибирск: Наука, 1984. – 236 с.



3. Investigation of the flow structures in supersonic free and impinging jet flows / C. Chin, M. Li, C. Harkin, T. Rochwerger, L. Chan, A. Ooi // Journal of Fluids Engineering. – 2013. – Vol. 135, N 3. – P. 031202-1–031202-12.



4. Волков К.Н., Емельянов В.Н., Зазимко В.А. Турбулентные струи – статические модели и моделирование крупных вихрей. – М.: Физматлит, 2014. – 360 с. – ISBN 978-5-9221-1526-1.



5. Запрягаев В.И., Киселев Н.П., Кундасев С.Г. Структура течения при взаимодействии сверхзвуковой перерасширенной струи с плоской наклонной преградой // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. – 2016. – № 45. – С. 32–44.



6. Анискин В.М., Миронов С.Г. Экспериментальное исследование структуры сверхзвуковой осесимметричной микроструи // Фундаментальные основы МЭМС- и нанотехнологий: тезисы докладов. – Новосибирск, 2011. – Вып. 3. – С. 22.



7. Исследование устойчивости дозвуковой газовой микроструи / В.М. Анискин, Д.А. Бунтин, А.А. Маслов, С.Г. Миронов, И.С. Цырюльников // ЖТФ. – 2012. – Т. 82, вып. 2. – С. 17–23.



8. Анискин В.М., Миронов С.Г., Маслов А.А. Развитие стационарных возмущений в недорасширенных осесимметричных и двумерных микроструях // XXIII семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям: сборник трудов (с международным участием). – Томск, 2012. – С. 15–17.



9. Анискин В.М. Экспериментальное исследование микротечений жидкости и газа: дис. … д-ра физ.-мат. наук: 01.05.02 / ИТПМ СО РАН. – Новосибирск, 2013. – 200 с.



10. Иткина Н.Б., Марков С.И. Применение стабилизированного векторного метода конечных элементов для моделирования течения газов // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2016. – № 2 (31). – С. 57–67.



11. Анцупов А.В., Благосклонов В.И. О структуре сверхзвуковой струи, истекающей в затопленное пространство // Труды ЦАГИ. – 1976. – Вып. 1781.



12. Цзян Чже-Син. Исследование осесимметричной сверхзвуковой турбулентной струи при истечении из сопла с недорасширением // Исследование турбулентных струй воздуха, плазмы и реального газа / под ред. Г.Н. Абрaмовича. – М.: Машиностроение, 1967. – С. 144–181.



13. Шелухин Н.Н. Исследование характеристик сверхзвуковой недорасширенной струи // Труды ЦАГИ. – 1995. – Т. 26, № 1–2.



14. Experimental and theoretical studies of axisymmetric free jets / E.S. Love, C.E. Grigsby, L.P. Lee, M.J. Woodling. – Washington, 1959. – 292 p. – (NASA Technical Report; R-6).



15. Погорелов В.И. Параметры, определяющие дальнобойность сверхзвуковой газовой струи // ЖТФ. – 1977. – Т. 47, вып. 2. – С. 444–445.



16. Seubold J.G., Shirie J.W. Length of the supersonic core in high-speed jets // AIAA Journal. – 1967. – Vol. 5, N 11. – P. 2062–2064.

Благодарности. Финансирование

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 17-19-01157.

Для цитирования:

Анализ электростатических взаимодействий в плоскопараллельных МЭМС со смещением электродов / В.М. Анискин, Т.А. Коротаева, Е.А. Ободовская, А.О. Турчинович // Доклады АН ВШ РФ. – 2018. – № 1 (38). – C. 22–35. doi: 10.17212/1727-2769-2018-1-22-35

For citation:

Aniskin V.M., Korotaeva T.A., Obodovskaya E.A., Turchinovich A.O. Chislennoe modelirovanie nedorasshirennykh osesimmetrichnykh mikrostrui, istekayushchikh v zatoplennoe prostranstvo [Numerical simulation of underexpanded axisymmetrical microjets ejected into still air]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii – Proceedings of the Russian higher school Academy of sciences, 2018, no. 1 (38), pp. 22–35. doi: 10.17212/1727-2769-2018-1-22-35.

Просмотров: 356