Mechanics and Advanced Technologies (Dec 2019)
Розширення поняття торцевого ефекту в вихрових камерах
Abstract
Проблематика. Механізми генерації вихрових структур в геометричних неоднорідностях обтічних поверхонь як основа розвитку методів малозатратного керування гідромеханічними та теплофізичними характеристиками технічних пристроїв, літальних апаратів та засобів водного транспорту. Мета дослідження. Вивчення особливостей формування і взаємодії вихрових утворень усередині та поблизу поперечно обтічної напівциліндричної канавки на плоскій поверхні, а також структури, кінематичних і динамічних характеристик примежового шару за допомогою статистичного аналізу. Методика реалізації. Експериментальні дослідження в аеродинамічній трубі полів усереднених та пульсаційних складових швидкості в напівциліндричній канавці та її ближньому сліді на гідравлічно гладкій плоскій поверхні шляхом термоанемометричних вимірювань в діапазоні чисел Рейнольдса, що розраховані за довжиною пластини до переднього краю заглиблення Rex=U0x/n від 3,8×104 до 6,9×105. Результати дослідження. За даними вимірювань у серединному перерізі канавки полів актуальних швидкостей отримано функції щільності розподілу ймовірності пульсацій поздовжньої швидкості, їх коефіцієнти асиметрії та ексцесу. Побудовано профілі усередненої поздовжньої швидкості та ізотахи усереднених і пульсаційних складових швидкості усередині канавки. Виявлено області утворення зворотної течії в канавці, поле швидкості у зсувному шарі і особливості його взаємодії з кормовою стінкою канавки. При переході від ламінарного режиму обтікання канавки з малою інтенсивністю вихроутворення до турбулентного спочатку у придонній області заглиблення формується інтенсивна течія, спрямована назустріч напрямку основного потоку, що генерує великомасштабні вихрові структури, які періодично викидаються назовні з канавки. В результаті переходу значно збільшуються інтенсивності вихрового руху і циркуляційної течії в об’ємі канавки, а у ближньому її сліді спостерігається відривна область з інтенсивними пульсаціями швидкості. Встановлено, що в примежовому шарі над заглибленням закон щільності розподілу ймовірності пульсацій поздовжньої швидкості близький до нормального, а в заглибленні – до максвеллівського. З віддаленням вглиб напівциліндричної канавки коефіцієнти асиметрії і ексцесу ростуть. Висновки. Складна вихрова течія, що формується усередині напівциліндричного заглиблення, призводить до зміни структури примежового шару над пластиною. При перехідному і турбулентному режимах течії в примежовому шарі на пластині виявлено особливості та закономірності як генерації великомасштабних вихрових структур усередині канавки, так і викиду їх назовні з канавки до ближнього сліду. Таким чином, установлено умови, за якими поперечно обтічна напівциліндрична канавка може слугувати ефективним генератором вихорів, що може бути використаним для керування гідроаеродинамічним опором і процесами тепломасообміну в елементах конструкцій транспортних засобів, енергетичних машин і апаратів.
Keywords
