Скачати повний текст

Досліджено просторові задачі Стокса про обтікання прямокутної пластинки та системи прямокутних пластинок стаціонарним потоком в'язкої рідини за малих чисел Рейнольдса. На підставі теорії гідродинамічних потенціалів та методу суперпозиції запропоновано та реалізовано ефективну числову аналітичну методику, яка враховує особливості поведінки потоку в околі межі області. Одержані розв'язки використано для аналізу основних характеристик потоку. Залежно від геометричних параметрів задач та граничних умов побудовані лінії течії, лінії завихреності, лінії постійного тиску та постійної завихреності. Обчислено сили опору прямокутних пластинок залежно від швидкості потоку та геометричних розмірів пластинок.

Розроблено та застосовано оригінальну методику вивчення структури течій в обмежених потоках (планування експерименту на підставі даних візуалізаційних досліджень). Вивчено структуру течій просторового характеру у вихровій камері та заглибленнях напівциліндричної та напівсферичної форми. Одержано кінематичні характеристики та виявлено загальні закономірності формування та розвитку цих течій, а також спектральні характеристики закручених потоків і встановлено характерні особливості спектрів у вигляді дискретних піків, зумовлених формуванням когерентних вихрових структур та їх викидами у межовий шар. Визначено види та типи вихрових систем, їх масштаб, частоту обертання, лінійну й обводову швидкість, а також місцезнаходження в обмежених потоках. Досліджено методи та засоби пасивного управління когерентними вихровими структурами, їх масштабами, частотами обетання та викидів у вихровій камері та заглибленнях різних розмірів і геометричної форми.

Розглянуто узагальнення існуючих і розвиток нових методів теорії потенціалу на крайові задачі динаміки в'язкої нестисливої рідини. Досліджено математичні моделі просторового обтікання тіл складної тілесної конфігурації з урахуванням впливу вихроутворення в'язким потоком нестисливої рідини. Встановлено адекватну систему межових інтегральних рівнянь. Вперше в аерогідродинамічних дослідженнях розв'язання крайової задачі подано у вигляді лінійної комбінації потенціалів простого та подвійного шарів, а також сингулярних інтегралів. Одержано аерогідродинамічні характеристики тіл складної тілесної конфігурації, які, в тестових ситуаціях, добре співпадають як з експериментальними даними, так і з відомими теоретичними результатами, а також розвинено метод побудови геомегричної форми реального тіла й її впливу на аерогідродинамічні характеристики.

Досліджено закономірності хвиле- та вихроутворення навколо обтічних тіл, що можуть здійснювати нестаціонарні рухи, в однорідній та стратифікованій в'язких рідинах. Вивчено процеси взаємодії різномасштабних структурних елементів течій у примежових шарах та у супутньому сліді за обтічними тілами, визначено взаємозв'язок структури течій з локальними й інтегральними гідродинамічними характеристиками обтічних тіл. Розроблено методику керування нестаціонарною структурою течій та інтегральними характеристиками обтічних тіл на основі нових алгоритмів прямого чисельного розв'язання задач обтікання тіл, що здійснюють нестаціонарні рухи за заданим законом у потоці рідини. Побудовано алгоритм чисельного розв'язання спряжених задач механіки в'язкої нестисливої рідини і в'язкопружного тіла з використанням метода скінченного об'єму на базі оригінальних програмних кодів власної розробки відкритого пакету OpenFOAM. На основі розробленого алгоритму чисельного моделювання течій неперервно стратифікованої рідини вперше виконано високороздільні та високоточні розрахунки стратифікованих течій навколо перешкод різної форми в широкому діапазоні чисел Рейнольдса і Фруда, починаючи з надповільних течій, індукованих дифузією на нерухомій непроникній перешкоді, й аж до нестаціонарного вихрового режиму течії, що відповідає перехідним значенням числа Рейнольдса, а також проведено серії порівнянь розрахованих полів стратифікованої течії з відповідними тіньовими зображеннями, отриманими з використанням комплексу унікального обладнання для моделювання гідродинамічних процесів в оточуючому середовищі. Встановлено взаємозв'язок вихрової структури течії в примежовому шарі з гідродинамічними характеристиками обтічної поверхні з локальним джерелом збурення у формі біжучої хвилі заданої амплітуди, частоти і фазової швидкості та визначено параметри біжучої хвилі на обтічній поверхні, за яких якнайдовше зберігається детермінована вихрова структура течії вниз за потоком, що відповідає ефекту затягування переходу течії в примежовому шарі в розвинений турбулентний режим. Визначено умови приєднання відривної течії на коливному криловому профілі, що здійснює вимушені обертово-коливальні рухи в потоці в'язкої нестисливої рідини, а також умови виникнення інтенсивної пропульсивної сили на криловому профілі з гнучким хвостовиком - моделі хвостового плавника гідробіонта. Визначено співвідношення між пружними характеристиками, довжиною і частотою локального активного збудження в'язкопружного хвостовика крилового профілю, при якому вимушені та вільні коливання деформівного елементу знаходяться в протифазі, що відповідає найбільшому пропульсивному ефекту крила.