Исследование механизмов роста возмущений в ламинарной затопленной струе
Автор: Линар Рафаилович Гареев
Соавторы: Иванов О.О., Веденеев В.В.
Организация: НИИ механики МГУ имени М.В.Ломоносова
В представленной работе изучаются два механизма развития возмущений в струйном течении: модальный, связанный с неустойчивостью Кельвина-Гельмгольца, и немодальный (алгебраический), аналогичный «байпасному» механизму, который известен в пристенных течений [1]. Эксперименты проводились с ламинарным затопленным струйным течением воздуха диаметром , числом Рейнольдса и длинным ламинарным участком [2].
Модальная неустойчивость течения изучена теоретически и экспериментально [3]. Возмущения, развивающиеся согласно модальному механизму, усиливались в экспериментах при помощи колебаний тонкого металлического кольца. Показано хорошее согласование экспериментальных и теоретических параметров.
Немодальный механизм роста возмущений инициировался при помощи установленных в течение специальных стационарно возмущающих конструкций – «дефлекторов». Было показано, что под их воздействием в струе реализуется «lift-up» механизм и переход к турбулентности происходит отличным от модального механизма путём, а параметры нарастания генерируемых возмущений соответствуют теоретически оптимальным, рассчитанным для данного течения [4].
Также было изучено взаимодействие двух механизмов роста возмущений для различных и частот модального возмущения. В экспериментах исследовалось нарастание гармонических возмущений в струе, возмущенной установленным дефлектором. Показано, что коэффициент роста возмущений в такой струе меньше, чем в невозмущенной, на расстоянии до 3 диаметров струи, что согласуется с предсказаниями линейной теории [5].
1. Matsubara M., Alfredsson P. H.: Disturbance growth in boundary layers subjected to free-stream turbulence. J. Fluid Mech., 430, 149-168 (2001).
2. Julia Zayko, Sergei Teplovodskii, Anastasia Chicherina, Vasily Vedeneev, Alexander Reshmin. Formation of free round jets with long laminar regions at large Reynolds numbers // Phys. Fluids 30(043603), 2018.
3. Gareev L.R., Zayko J.S., Chicherina A.D., Trifonov V.V., Reshmin A.I., Vedeneev V.V. Experimental validation of inviscid linear stability theory applied to an axisymmetric jet // J. Fluid Mech. 2022. V.934. A3.
4. Ivanov, O., Ashurov, D., Gareev, L., & Vedeneev, V. (2023). Non-modal perturbation growth in a laminar jet: An experimental study. Journal of Fluid Mechanics, 963, A8. doi:10.1017/jfm.2023.286
5. Wang C, Lesshafft, L., Cavalieri, A. V., Jordan, P. The effect of streaks on the instability of jets // Journal of Fluid Mechanics. – 2021. – Т. 910.
