Експериментально визначено розподіл статичного тиску на поверхні вісесиметричного тіла, а також повного статичного тиску в перерізі на зрізі сопла за різних значень відбору рідини. На базі інтегрального рівняння Кармана зроблено оцінку впливу величини відбору рідини та форми кормової частини на гідродинамічний опір вісесиметричного тіла. Запропоновано спосіб зниження гідродинамічного опору води руху вісесиметричного тіла у в'язкій рідині, який дозволяє суттєво знизити втрати кількості руху в'язкої рідини за рахунок взаємодії пограничного шару, відбору рідини та форми кормової частини корпусу, і умов його реалізації.

Досліджено течію в'язкої нестисливої рідини в околі напівциліндричної каверни на плоскій поверхні на основі числового розв'язку нестаціонарних рівнянь Нав'є - Стокса. Вивчено структуру течії всередині каверни та її вплив на характеристики потоку над пластиною. Показано існування різних режимів течії (стаціонарного та квазіперіодичного) залежно від числа Рейнольдса. Досліджено спектральні характеристики коливань за нестаціонарної поведінки течії. Показано зв'язок безрозмірних частот з частотою нестійкості зсувного шару вздовж ширини каверни на першому етапі нестаціонарного режиму обтікання, і появу і розвиток коливань з більш низькими частотами за подальшого збільшення числа Рейнольдса.

Сформульовано математичну модель взаємодії стаціонарного турбулентного примежового шару з податливою поверхнею в'язко-пружного шару (ВПШ). На підставі потокових граничних умов визначено параметри, що зв'язують енергію збурень турбулентного потоку з механічними та геометричними характеристиками ВПШ. Описано зміну енергетичного обміну між компонентами тензора напружень Рейнольдса всередині турбулентного примежового шару у разі потоку вздовж податливої поверхні. Наведено пояснення механізму зниження опору тертя за умови потоку вздовж поглинальної поверхні. Одержано залежності, які зв'язують зниження опору тертя з локальними числами Рейнольдса та статичними і динамічними параметрами в'язко-пружних матеріалів.

Запропоновано модель турбулентності, яка в межах єдиного підходу описує структуру турбулентного пограничного шару у разі обтікання різних деформівних поверхонь (жорстких гладких, осцилювальних, осцилювально-поглинальних). Показано роль зміни турбулентної дифузії на деформівній поверхні у формуванні енергетичного балансу турбулентної енергії в пристінній області пограничного шару. Запропоновано узагальнення модельного представлення турбулентної дифузії, що враховує ненульовий потік турбулентної енергії на деформівній поверхні. На базі запропонованої моделі та її числової реалізації надано пояснення механізму зниження опору тертя на поглинальних поверхнях. Розроблений алгоритм може бути покладено в методику визначення конкретних механічних і геометричних параметрів покриттів, що знижують опір тертя за фіксованого числа Рейнольдса.

Індекс рубрикатора НБУВ: В253.320.43

Рубрики:

Турбулентний рух рідини. Турбулентність < Гідромеханіка >

Шифр НБУВ: Ж69583/Сер.А Пошук видання у каталогах НБУВ 

Рассмотрено формирование возмущенных полей скорости и давление в ламинарном пограничном слое на деформирующейся поверхности на основании системы уравнений, записанной в подвижной системе координат, связанной с деформирующейся поверхностью. Получены зависимости амплитудных характеристик возмущений скорости и давления от фазовой скорости и длины волны деформирующейся поверхности. Получены критические значения фазовых скоростей в зависимости от числа Рейнольдса, при которых изменяется направление энергетического потока от осредненного движения к пульсационному. Показано принципиальное отличие трехмерного возмущенного поля скоростей в пограничном слое от двумерного.

Одержано рівняння стану розведеного розчину полімеру, яке враховує додатковий тензор напруг, обумовлений наявністю молекул полімеру в розчині, представлених у вигляді кінцево розтяжного пружного лінійного ланцюжка. Одержано визначальне співвідношення для тензора конфігурації полімерної молекули в слабоконцентрованому розчині, що залежить від зсувних напруг потоку, а також експонентну залежність від часу ефективної зсувної в'язкості розчину.

Індекс рубрикатора НБУВ: В253.320.571 в641.0 + В253.320.563 в641.0

Рубрики:

Шар прикордонний. Течія ламінарна < Гідродинаміка >

Шифр НБУВ: Ж69583/Сер.А Пошук видання у каталогах НБУВ 

Численно исследована возможность управления течением вязкой несжимаемой жидкости в окрестности плоской каверны, осуществляемого с помощью периодического вдува с малой скоростью через часть дна каверны. Вдув с частотой, равной собственной частоте колебаний течения при обтекании каверны в режиме сдвигового слоя, приводит к резонансному усилению амплитуды возмущений, увеличивает периодические выбросы жидкости из каверны в пограничный слой ниже каверны, удлиняет зону влияния каверны. Удвоенная частота вдува, наоборот, существенно демпфирует собственные возмущения и подавляет выбросы из каверны. Таким образом, влияние каверны на параметры основного течения существенно уменьшается.

Розроблено методику прямого числового розв'язання нестаціонарних рівнянь Навьє - Стокса на деформівній поверхні за великих чисел Рейнольдса, що дозволяє прослідкувати у часі і просторі виникнення та розвиток збурень швидкості і тиску та їх кореляційні моменти. Проаналізовано вплив осцилюючої поверхні на збурене поле течії по всій товщині зсувного шару, а також униз за потоком із віддаленням від рухомої поверхні для різних параметрів - деформівної вставки. Досліджено структуру течії на нерухомій та осцилюючій поверхнях за дії пульсаційного джерела збурень у зсувному шарі, що моделює інтенсивні періодичні низькочастотні викиди загальмованої рідини в пристінній області турбулентного примежового шару.

В результате численного решения плоской нестационарной задачи о колебаниях изотропного вязкоупругого слоя переменной толщины и конечной длины под действием локальной импульсной нагрузки определены кинематические и динамические характеристики слоя как функции времени при разных геометрических и механических параметрах покрытия. Исследованы зависимости динамической шероховатости поверхности, а также скорости колебания поверхности слоя от механических свойств и геометрии вязкоупругого покрытия. Изучено поведение во времени кинетической, потенциальной, воспринимаемой и поглощаемой покрытием энергий. Определены соотношения параметров вязкоупругого слоя и нагрузки, при которых величина воспринятой энергии внешнего импульсного возмущения максимальна.

На основе численного решения трехмерной нестационарной задачи о колебаниях изотропного вязкоупругого слоя переменной толщины и конечных размеров в продольном и трансверсальном направлениях определены закономерности динамического поведения слоя при воздействии на его поверхности локальной импульсной нагрузки. Получены амплитудные и энергетические характеристики системы как функции механических параметров покрытия, его толщины, геометрии слоя в плане и места приложения нагрузки. Определены условия максимального поглощения энергии импульса в зависимости от механических и геометрических параметров слоя и времени действия нагрузки. Показана роль геометрии вязкоупругого слоя в плане и его толщины в формировании направленного волнового поля на поверхности.

Представлены результаты теоретических и экспериментальных исследований характеристик псевдозвуковых осцилляций давления, обусловленных взаимодействием потока и звукового поля внутри трехмерной сферической лунки. Проведено численное и физическое моделирования особенностей вихревого движения внутри лунки и в ее ближнем следе. Обнаружены симметричные и асимметричные крупномасштабные вихревые системы внутри лунки, существование которых зависит от режима течения, указано их местоположение и периодичность выброса наружу. Эволюция торнадообразных вихрей подчиняется переключательному механизму, что приводит к появлению низкочастотных модулирующих поперечных колебаний вихревого движения внутри лунки. В спектрах пульсаций давления и скорости обнаружены дискретные высокодобротные пики. Они соответствуют частоте вращения вихревых систем внутри лунки, частоте их выбросов наружу, частоте следовой моды колебания вихревого движения в лунке, обусловленной гидродинамическим резонансом, а также частоте автоколебаний сдвигового слоя, отвечающих акустическому резонансу. Указаны форма и размеры квазиустойчивых крупномасштабных вихревых структур, области их зарождения и этапы развития. Мгновенные и осредненные характеристики псевдозвуковых пульсаций давления вихревого движения внутри лунки и в ее ближнем следе отличаются из-за нелинейного взаимодействия вихревых структур между собой и с обтекаемой поверхностью.

Исследован турбулентный пограничный слой при безимпульсной подаче раствора полимера. Предложена математическая модель, учитывающая зависимость характеристик потока от параметров и условий подачи добавок полимера, в основе которой лежит модель переноса напряжений Рейнольдса. На основании представленной модели численно исследовано влияние расположения источника полимера в турбулентном пограничном слое на снижение сопротивления трения.

Выполнены экспериментальные исследования динамических нагрузок, действующих на колеблющееся крыло удлинения 1,5 в потоке при изменении скорости потока в диапазоне (0,2 - 1,2) м/с и частотах колебания (0,2 - 2,5) Гц. Предложена трехкомпонентная полуэмпирическая формула, аппроксимирующая динамические нагрузки на колеблющееся крыло при различных скоростях потока, частотах колебания крыла и угловых отклонений. Показана недостаточность учета динамического угла атаки колеблющегося профиля для адекватной оценки динамических нагрузок на этот профиль.

Представлены результаты измерений силы сопротивления прямоугольных каверн, в форму кормы которых внесены некоторые конструктивные изменения. Испытания проводились в гидродинамической трубе в турбулентном потоке на модели крыла малого удлинения. На плоской нижней поверхности модели крыла устраивались прямоугольные каверны с изменяемой формой кормовой стенки каверны. Результаты испытаний представлены в виде зависимостей коэффициента сопротивления каверны от числа Рейнольдса и от относительного удлинения каверны. Представлены также результаты визуализации течений в кавернах. Показано, что рассмотренными в работе вариантами геометрии кормовых стенок каверн можно существенно снизить сопротивление прямоугольной каверны фиксированного размера и повысить устойчивость вихревых структур внутри каверны.

Исследована зависимость локальной теплоотдачи и длины начального участка от режима течения, теплофизических характеристик теплоносителя, геометрии поверхности трубы и направления теплового потока. Определены числа Рейнольдса, при которых возникает неустойчивость потока в трубе при неизотермической постановке задачи. Рассмотрено влияние длины волны гофрированной поверхности трубы на изменение структуры течения во впадине и на процессы тепломассообмена.

Проведено прямое численное моделирование структуры потоков неизотермических сред на начальных участках гладких труб и труб с гофрированными вставками различной геометрии. Исследовано возникновение и развитие волновых и вихревых возмущений в ламинарном потоке в широком диапазоне переходных чисел Рейнольдса. Показана зависимость вихревой структуры потока от тепловой неравновесности среды, а также геометрии гофрированной поверхности трубы при переходных числах Рейнольдса. Интенсификация возмущений, наблюдаемая в неизотермическом потоке по сравнению с изотермическим потоком при одном и том же числе Рейнольдса, определяется величиной отрицательного градиента вязкости среды относительно поверхности трубы. Получено аналитическое выражение профиля скорости, зависящее от градиента динамической вязкости среды, который имеет точку перегиба внутри теплового пограничного слоя и удовлетворяет необходимому условию неустойчивости течения при уменьшении динамической вязкости среды. Профиль скорости в потоке капельной жидкости теряет устойчивость раньше при наличии холодной стенки трубы, а в потоке газа - в присутствии горячей стенки. На основании численного эксперимента определена зависимость временных и пространственных масштабов вихревой структуры течения от числа Рейнольдса и параметров гофрирования поверхности трубы. Показано, что для определенных соотношений безразмерных длин и амплитуд волнистости поверхности, отнесенных к радиусу трубы, гофрированные вставки могут быть как стабилизаторами течения на начальном участке трубы, так и генераторами низкочастотных возмущений при соответствующем числе Рейнольдса, приводящих к раннему переходу к турбулентности.

Предложены алгоритмы решения нестационарных задач обтекания колеблющихся тел на основе прямого численного моделирования трехмерных уравнений Навье - Стокса с использованием библиотек динамических расчетных сеток и программ собственной разработки открытого пакета OpenFOAM. Приведены результаты расчетов возмущенного поля течения на обтекаемой поверхности с активно колеблющейся вставкой и крыловом профиле, совершающем периодические вращательно-колебательные движения в набегающем потоке. Показана возможность управления структурой пограничного слоя и вихревого следа путем варьирования частотными и амплитудными характеристиками колеблющейся поверхности.