Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа

Представлены известные подходы к математическому моделированию процессов адресного распыления лекарственных препаратов в дыхательные пути. Выделены апробированные и перспективные решения. Проанализированы определяющие физические закономерности, значимые эффекты, существенно влияющие факторы. Сформулированы нерешенные в полной мере задачи. Определены перспективные направления развития систем распыления препаратов в дыхательные пути.

Система поддержания пластового давления сопряжена с образованием техногенных трещин вблизи нагнетательных скважин, что приводит к резкому обводнению добываемой нефти. Геомеханические симуляторы не учитывают изменения гидродинамических потоков, вызванных адсорбцией и удерживанием дисперсных частиц в пористой среде. Разработанная на основе уравнений механики многофазных сред квазиодномерная модель динамики развития трещины позволяет учесть эти эффекты. Численное решение этих уравнений позволяет с высокой точностью прогнозировать геометрические параметры трещины в различные моменты времени.

Рассматривается нестационарная задача истечения масла из поврежденного резервуара в воду. Математическая модель совместного движения трех несмешивающихся фаз (воды, масла и воздуха) включает уравнения неразрывности, Навье–Стокса и уравнение для определения положения межфазной поверхности. Задача решается методом конечных объемов. Определяется скорость истечения масла из танка, профиль скорости жидкости в сечении отверстия, влияние размера отверстия на падение уровня масла. Оцениваются различные варианты заполнения балластного пространства танкера с точки зрения минимизации негативного воздействия на окружающую среду разлива нефтепродуктов. Показано, что в случае аварии наличие балластного пространства, заполненного водой, существенно снижает объемы утечки масла в воду.

Экспериментально исследованы закономерности изгибного течения вязкой струи (число Онезорге более 0.05), истекающей из капиллярного канала с малой скоростью (число Вебера приблизительно равно 1). Изгиб происходит под действием внутренних сил и не связан с взаимодействием жидкости с атмосферой, что подтверждают эксперименты в вакуумной камере. Вблизи среза канала на расстоянии диаметра струи формируется область интенсивного изгиба до пятнадцати градусов. Ниже по течению происходит “выправление” струи, угол изгиба уменьшается. Получены зависимости максимальной и общей величин углов изгиба от скорости струи для различных значений числа Онезорге. Выявлены значения скорости, при которых отклонение максимально. Определены значения углового отклонения при больших скоростях.

Исследуются удары капель воды и этилового спирта по небольшому металлическому диску, диаметр которого (4 мм) незначительно превосходит диаметр капли (2.8 мм). Капли падали с высоты 0.10–0.65 м и достигали перед ударом скорости 1.40–3.57 м/с. С помощью высокоскоростной видеосъемки зарегистрированы различные стадии столкновения капли с препятствием. Обнаружено, что при переходе от воды к этиловому спирту при одних и тех же условиях удара наблюдается заметный рост максимального диаметра всплеска и времени его достижения. Также наблюдения показывают, что переход от неразрывного всплеска к всплеску с фрагментацией определяется исключительно значением ударного числа Вебера, критическое значение которого имеет порядок 100. Подтверждена ранее установленная степенная зависимость максимального диаметра всплеска от ударного числа Вебера.

Рассматривается воздействие мгновенного выделения энергии (взрыва) в области газового пузыря на сверхзвуковое обтекание затупленных тел (сферы) и заостренных тел (тело оживальной формы и комбинация конус-цилиндр) для случая, когда взрыв происходит в невозмущенном набегающем потоке в непосредственной близости от головной ударной волны. Физически такое воздействие на поток может иметь место при энерговкладе в области электрического газового разряда или при детонации горючей газовой смеси внутри пузыря. Установлено, что помимо непосредственного воздействия взрывной ударной волны на поверхность тела, при взаимодействии головной ударной волны с динамически изменяющейся областью взрыва (ударно сжатым слоем и каверной) происходят существенные нестационарные изменения газодинамических режимов обтекания тел. В частности, отмечены эффекты фокусировки и кумуляции, которые могут привести к вторичным воздействиям, импульс которых сравним или даже превышает импульс непосредственного воздействия взрывной волны.

Проведен анализ результатов численных экспериментов по расчету гидрофизических полей в северо-восточной части Черного моря на основе трехмерной модели динамики морской среды МГИ. Принципиальная новизна представляемых расчетов – использование коэффициентов вертикального турбулентного обмена, полученных по экспериментальным данным на основе натурных наблюдений микроструктурных профилей пульсаций скорости и температуры измерительным комплексом “Сигма-1.5”. Измерения проводились в верхних стратифицированных слоях моря в экспедиционных исследованиях на НИС “Профессор Водяницкий”. Сопоставление результатов расчетов по модели МГИ и гидрологических данных, полученных комплексом SBE одновременно с микроструктурными измерениями, показывает повышение достоверности воспроизводимых полей температуры и солености при использовании в модели экспериментально определенных коэффициентов по сравнению с применяемой ранее параметризацией турбулентности Пакановски–Филандера. Представленные результаты показывают перспективность предложенного подхода с использованием в модели для стратифицированных слоев моря экспериментально определенных коэффициентов турбулентного обмена.