№ 3 (2024)

Исследуется степень участия механизмов, таких как активные взаимодействия клеток между собой и с внеклеточным матриксом, повышенное гидростатическое давление в межклеточной жидкости и ферментативная активность клеток, приводящая к разрушению внеклеточного матрикса, в процессе формирования полостей в кластерах клеток, образующихся во время кластерного васкулогенеза. В рамках разработанной ранее континуальной многофазной модели среды, образованной двумя активно взаимодействующими твердыми фазами и жидкостью, решена задача об эволюции одиночного кластера клеток, погруженного в деформируемый внеклеточный матрикс и проведено исследование роли различных клеточных механизмов, обсуждаемых при формировании полых структур. Расчеты показали, что доминирование активных взаимодействий типа клетка–матрикс над межклеточными взаимодействиями приводит к смещению клеток в сторону внешней границы кластера и созданию условий для образования полости внутри него. Ферментативная активность клеток способствует освобождению свободного пространства для уплотнения кластера вследствие активных межклеточных взаимодействий и замедлению формирования возрастающего профиля концентрации клеточной фазы. Увеличение давления жидкости в занятой клетками области приводит к ускорению перераспределения концентраций клеточной фазы и матрикса. Давление жидкости способствует накоплению клеточной фазы около границы кластера и росту концентрации матрикса в центральной его части. И лишь совместное участие всех рассмотренных механизмов приводит к формированию структуры, в которой слой, образованный клеточной фазой, окружает заполненную жидкостью полость, при этом концентрация матрикса в полости демонстрирует тенденцию к его полному исчезновению.

Методом высокоскоростной видеорегистрации исследуется влияния электростатического поля (с потенциалом Ф = 0, 16 и 18 кВ) на геометрию течения при гравитационном отрыве капли от капилляра. Проведен анализ видеограмм течения, определены размеры характерных элементов структур – собственно капель, перемычки и сателлитов. Прослежены осцилляции линейных размеров и объема остатка маточной жидкости после отрыва капли при Ф = 0 и 18 кВ. В спектрах наблюдаются как основные частоты, так и их гармоники. Обнаружено, что небольшие изменения (12%) в значении потенциала вызывают качественные изменения картины течения, в частности, приводят к прямому отрыву капли от маточной жидкости без образования перемычки. При постоянном расходе жидкости в капилляре размер отрывающихся капель уменьшается с ростом напряжения. Опыты показывают возможность тонкого управления капельными течениями с помощью электростатического поля.

Предложена упрощенная математическая модель двухфазного многокомпонентного течения в системе пласт – трещины многостадийного гидроразрыва – горизонтальная скважина. На основе анализа размерностей и теории подобия упрощена формулировка задач переноса в скважине и в трещинах гидроразрыва. Показана возможность перехода к квазистационарной задаче распределения компонент смеси в высокопроницаемых трещинах гидродразрыва. Выполнено понижение размерности задачи в пласте за счет ее декомпозиции на набор задач в независимых фиксированных трубках тока. Итоговое сокращение машинного времени численного решения задачи достигает двух порядков величины и может быть далее сокращено при использовании параллельных вычислений. Ускорение решения прямой задачи является принципиально необходимым для возможности решения обратной задачи идентификации фильтрационно-емкостных параметров трещин по результатам интерпретации трассерных исследований.

Представлены результаты моделирования кризиса сопротивления при обтекании сферы в рамках недавно предложенного вихреразрешающего гибридного RANS–LES-подхода, который включает полуэмпирическую модель ламинарно-турбулентного перехода. Расчеты, выполненные в широком диапазоне изменения числа Рейнольдса, свидетельствуют о том, что используемая комплексная модель качественно правильно описывает все аспекты кризиса сопротивления, в том числе, такие тонкие эффекты как рост амплитуды колебаний боковой силы при значениях числа Рейнольдса близких к критическому. Вместе с тем, полученные результаты показывают, что для достижения точного количественного предсказания критического числа Рейнольдса и деталей процессов ламинарно-турбулентного перехода и отрыва потока при режимах обтекания сферы близких к критическому необходимо использование очень мелких вычислительных сеток.

Найдены возмущения, порождаемые внешней турбулентностью в сдвиговом слое на плоской пластине, внезапно приведенной в движение. В качестве начальных условий использовалось турбулентное течение, найденное методом прямого численного моделирования развития изотропной однородной турбулентности. Полученное решение моделирует ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое на плоской пластине при относительно малой турбулентности набегающего потока, когда он вызван волнами Толлмина–Шлихтинга. Оно позволяет описать процесс генерации различных возмущений – низкочастотных полосчатых структур и волн неустойчивости и их развитие на начальной стадии ламинарно-турбулентного перехода. На основе обработки полученных результатов предложена простая модель, связывающая спектры волн неустойчивости в пограничном слое и турбулентных пульсаций в набегающем потоке. Также получены зависимости начальной амплитуды волн неустойчивости и их критических коэффициентов усиления (N-факторов) от степени турбулентности потока.

Межзвездная пыль проникает в гелиосферу из-за относительного движения Солнца и Локального межзвездного облака, внутри которого Солнце находится. Основное влияние на динамику пылинок оказывает электромагнитная сила со стороны гелиосферного магнитного поля. Направление действия этой силы зависит от полярности магнитного поля. Полярность же является функцией положения и времени и зависит от ориентации оси солнечного магнитного диполя относительно оси вращения Солнца. Ранее было показано, что для случая, когда ось магнитного диполя совпадает с осью вращения Солнца, возникает ситуация, когда действующая на пылевые частицы электромагнитная сила направлена к плоскости солнечного экватора как в северном, так и южном солнечном полушарии. В результате под действием такой электромагнитной силы распределение межзвездной пыли становится сильно неоднородным и, в частности, образуются тонкие области повышенной концентрации (каустики). Целью настоящей работы является исследование поведения каустик для более реалистичной нестационарной модели, в которой предполагается, что ось магнитного диполя вращается относительно оси вращения Солнца с периодом 22 года, что соответствует 22-летнему циклу солнечной активности. Помимо этого, учитывается вращение оси магнитного диполя в соответствии с вращением Солнца с периодом 25 дней. Для вычисления концентрации пыли применяется лагранжев метод Осипцова. Исследуется форма и эволюция образующихся каустик и обсуждаются физические механизмы, которые их порождают. Показано, что учет нестационарных эффектов приводит к тому, что каустики появляются лишь в определенные фазы солнечного цикла, а потом исчезают.

Исследуется дифракция плоских поверхностных и изгибно-гравитационных волн на кромке плавающей упругой полубесконечной пластины при нормальном набегании в жидкости конечной глубины при наличии течения со сдвигом скорости. Построено явное аналитическое решение этой задачи методом Винера–Хопфа. Получены простые точные формулы для коэффициентов отражения и прохождения, энергетические соотношения. Приведены результаты численных расчетов по полученным формулам.

Двухжидкостная и двухтемпературная диффузионно-дрейфовая модель газоразрядной плазмы использована для численного исследования структуры разряда Пеннинга в цилиндрической разрядной камере при давлении молекулярного водорода 1 мТорр, напряжении между электродами 500–1000 В и индукции осевого магнитного поля 0.001–0.2 Тл. В расчетах получены два режима существования разряда Пеннинга, которые качественно отличаются по электродинамической структуре потоков заряженных частиц газоразрядной плазмы, а также переходные режимы и режимы погасания в слабом и сильном магнитном поле. Найдены условия, при которых в приосевых областях возникает осцилляционное движение электронных и ионных потоков. Показано, что результаты численного моделирования с использованием диффузионно-дрейфовой модели позволяют получить непротиворечивые данные в сравнении с экспериментом, при этом дают возможность получить представление о формировании структуры потоков частиц электроразрядной плазмы, что позволяет объяснить наблюдаемые экспериментальные данные.