Распределенное порождение нестационарных вихрей Гёртлера низкочастотной турбулентностью набегающего потока
Автор: Дмитрий Алексеевич Мищенко
Соавторы: В.И. Бородулин, А.В. Иванов, Ю.С.Качанов
Организация: Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
Работа посвящена систематическому экспериментальному исследованию одного из наиболее эффективных механизмов порождения нестационарных (в общем случае) вихрей Гёртлера [1], связанного с распределенным рассеянием низкочастотных и стационарных вихрей набегающего потока на естественной неоднородности нарастающего пограничного слоя. Эксперименты проведены в малотурбулентной аэродинамической трубе Т-324 ИТПМ СО РАН при скорости основного потока 9,18 м/с в двумерном пограничном слое типа Блазиуса на вогнутой поверхности высокоточной экспериментальной модели (радиус закругления R = 8,37 м). Основные измерения выполнены термоанемометром с использованием метода контролируемых нестационарных возмущений, реализованного за счет применения специальных источников. Прямые экспериментальные результаты получены для вихрей Гёртлера трех частот f = 8, 13 и 17 Гц (частотный параметр F = 9,29; 15,09 и 19,73) с поперечными длинами волн λz = 7 ÷ 24 мм (безразмерный поперечный масштаб L = 119 ÷ 758) в диапазоне чисел Гёртлера G*= 8,6 ÷ 21,0.
Обнаружено, что исследуемый механизм распределенной вихревой восприимчивости способен эффективно порождать как стационарные, так и нестационарные вихри Гёртлера, а также существенно модифицировать законы развития нестационарных (по крайней мере) гёртлеровских мод вниз по потоку (рис. 1). Действие механизма способно сильно изменять инкременты возмущений пограничного слоя и обеспечивать как усиление, так и подавление нестационарных гёртлеровских мод. В работе получены оценки количественных характеристик исследуемой задачи – коэффициентов распределенной вихревой восприимчивости. Найдено, что амплитуды и фазы коэффициентов не зависят от продольной координаты (в исследованном диапазоне параметров) и являются постоянными величинами (константами). Амплитуды коэффициентов нарастают (по линейному закону) с ростом частоты возмущений, а также с ростом их поперечного масштаба (особенно в области высоких частот). Оценки коэффициентов при порождении стационарных вихрей Гёртлера были получены путем линейной аппроксимации частотной зависимости амплитуд коэффициентов при порождении нестационарных гёртлеровских вихрей с последующей экстраполяцией на нулевую частоту. Обнаружено, что ответственный за порождение стационарных мод неустойчивости Гёртлера механизм распределенной вихревой восприимчивости является значительно более слабым, чем в случае порождения нестационарных гёртлеровских вихрей.
1.Boiko A.V., Ivanov A.V., Kachanov Y.S., Mischenko D.A. Steady and unsteady Görtler boundary-layer instability on concave wall // European Journal of Mechanics B/Fluids, 2010, 29, 61-83.
