Projekat 1373

Analitičke i numeričke metode mehanike fluida

Rukovodilac: Akademik Vladan Đorđević

Rezime

Predmet istraživanja

Predmet istraživanja na projektu može se podeliti na tri posebne teme:

Rad na prvoj temi ce biti najobimniji i obuhvatice široki spektar laminarnih i turbulentnih, nestišljivih i stišljivih, prinudnih i prirodnih strujanja. Rad na drugoj temi sastojace se u istraživanju uticaja oblika tela i relevantnih strujnih parametara na formiranje kaverni. Rad na trecoj temi odnosice se na problem istraživanja tzv. jake interakcije izmedju fluida kojim se opstrujava porozna kontura i fluida koji struji kroz konturu.

Sadržaj istraživanja

Tema 1 : Teorija granicnog sloja

Rad na ovoj temi bi obuhvatao laminarna i turbulentna strujanja nestišljivog i stišljivog fluida. Kod strujanja stidljivog fluida ravnopravno bi se tretirala strujanja termicki idealnog gasa, kao i veoma kompleksna strujanja koja se odigravaju uz prisustvo hemijskih reakcija, kao što su disocijacija i jonizacija gasa. Kako je jonizovani gas elektricki provodljiv, razmatrace se njegovo strujanje u prisustvu magnetnog polja. Tom prilikom razmotrice se uticaj magnetnog polja na polcžaj tacke odvajanja granicnog sloja i velicinu tangencijalnog napona na konturi tela. Posebna pažnja u radu na ovoj temi bice posvecena proucavanju turbulenlnog strujanja stišljivog fluida u granicrom sloju. Tom prilikom ucinio bi se pokušaj da se postojece metode proracuna turbulentnog strujanja nestišljivog fluida u granicnom sloju uopšte na slucaj strujanja gasa. Kada su u pitanju turbulentna strujanja fluida u kanalima pristupilo bi se direktnoj numerickoj simulaciji krupnovrtložnih struktura metodom konacnih razlika višeg reda i metodom granicnih elemenata.

Tema 2: Teorija kavitacionih strujanja fluida

U okviru rada na ovoj temi proucavao bi se uticaj raznih parametara na formiranje kaverni u struji tecnosti, kao što su: oblik tela, brzina opstrujavanja, gravitacija, stepen turbulencije u spoljašnjem strujanju i dr. Tom prilikom bi se proucavali slucajevi strujanja sa unapred poznatim, fiksiranim položajem tacke odvajanja kaverni, kao i složeniji slucajevi strujanja kod kojih položaj ove tačke nije unapred poznat. Bila bi obuhvacena stacionarna kao i nestacionarna strujanja, a problemi bi bili tretirani metodom singulariteta i metodom konacnih razlika.

Tema 3: Strujanje fluda preko poroznih površina

Problemi strujanja fluida preko porozne konture pripadaju veoma aktuelnoj klasi problema jake interakcije između mehanickih sistema razlicitog dinamickog ponašanja. Za rešavanje ovih problema u literaturi se po pravilu koristi empirijska formula Beavers-Joseph-a kojom se brzina klizanja po poroznoj konturi povezuje sa tangencijalnim naponom na konturi.

U okviru rada na ovoj temi formula Beavers-Joseph-a bi se proverila uporednim rešavanjem problema strujanja fluida u kanalu iznad poroznog tela i problema strujanja fluida unutar poroznog tela. Tretiralo bi se strujanje tecnosti, a takodje i izotermsko strujanje gasa. Razmatrala bi se mogucnost upravljanja strujanjem u granicnom sloju iznad porozne konture.

Originalnost predloženih istračivanja

Prilikom planiranja sadržaja rada na ovom Projektu vodeno je racuna o lome da rezultati koji bi se dobili budu originalni i vrecini publikovanja u našim i medunarodnim casopisima.

Cilj istraživanja

Jednostavno receno, cilj istraživanja u radu na ovom Projektu je da se resi što veci broj problema navedenih u Sadržaju istraživanja, a u sklopu sa predvidjenim fazama rada, i da se rezultati istraživanja objave u poznatim i priznatim casopisima kod nas i u svetu.

Stanje istraživanja u oblasti

Stanje istraživanja u svetu

Kao što je to vec naglašeno, u literaturi u svetu postoji niz rezultata koji se odnose na sadržaj Teme 1. Problemi koji cine ovu Temu su od izuzetne važnosti u aerodinamici malih i velikih brzina, i problemima upravljanjem strujanjem u granicnom sloju pomocu usisavanja/uduvavanja fluida, magnetnog polja i dr. Uostalom, veliki progres u oblasti aerodinamike, postignut u poslednjih nekoliko desetina godina, svakako ne bi bio moguc da se širokoj klasi problema strujanja fluida u granicnom sloju nije posvetila odgovarajuca pažnja.

Slicna je situacija i sa kavitacionim strujanjima fluida (Tema 2) koja su od izuzetnog znacaja u slucaju strujanja tecnosti (uglavnom vode!) kroz radna kola hidraulickih turbomašina, kao što su: pumpe, turbine i propeleri, u slucaju strujanju tecnosti kroz mlaznike i difuzore, i u slucaju kretanja tela kroz tecnost relativno velikim brzina, kao što su torpeda, podvodni projektili i dr.

Što se tice sadržaja na Temi 3, oseca se veliki nedostatak literature u oblasti analitickih metoda istraživanja strujanja tecnosti i gasova preko poroznih površina i kroz porozna tela. Za tretiranje ovih problema koriste se uglavnom razni empirijski obrasci dobijeni eksperimentima, kao što je to na pr. uslov klizanja fluida po poroznoj konturi Beavers-Joseph-a spomenutog ranije.

Stanje istraživanja kod nas

Autor metode uopštene slicnosti je ruski naucnik L. Lojcijanski. Naš naucnik, V. Saljnikov znacajno je doprineo usavršavanju ove metode i stvorio citavu školu teorije granicnog sloja kod nas. Vecina istraživaca koja ce se u okviru Projekta baviti problemima Teme 1, a koji pripadaju ovoj školi, ima vec znacajno iskustvo u primenama ove metode u nekim drugim problemima Teorije granicnog sloja, a takodje je ovladalo numerickom metodom za rešavanje tipa univerzalnih jednacina koje se javljaju prilikom primene metode uopštene slicnosti. Oni su takodje autori znacajnog broja radova iz ove oblasti mehanike fluida.

Izvesno iskustvo u tretiranju problema Teme 2 takodje postoji, ali se ono ne može smatrati znacajnim. Koliko je nama poznato strujanjem fluida preko poroznih sredina i kroz porozne sredine kod nas se do sada niko nije bavio sa teorijske tacke gledišta.

Planirani rezultati projekta

Planirano je da svi rezultati dobijeni u radu na Projektu budu primenljivi. Po svojoj prirodi sve tri teme su primenljivog karaktera, i o toms je detaljnije govoreno u okviru sekcija: Stanje istraživanja u oblasti - u sveti, i kod nas!

Direktna prirnenljivost ne zavisi samo od forme dobijenih rezultata, nego i od stanja i razvijenosti privrede zemlje. U principu, rezultati rada na Temi 1 mogli bi biti direktno primenljivi u vazduhoplovstvu malih i velikih brzina i termoenercjetici. Rezultati rada na Temi 2 - u energetici i pomorstvu, a rezultati rada na Temi 3 - u hemijskom inženjerstvu i procesnoj tehnici.