Экспериментальное исследование модальной и алгебраической неустойчивости в затопленной струе воздуха
Автор: Линар Рафаилович Гареев
Соавторы: Веденеев В.В., Зайко Ю.С., Трифонов В.В., Решмин А.И.
Организация: МГУ им. М.В. Ломоносова
В линейной теории устойчивости пристенных сдвиговых потоков лишь несколько классических результатов были подтверждены экспериментально, например, пограничный слой Блазиуса [1], течение Пуазейля в круглой трубе [2], плоское течение Пуазейля [3]. Устойчивость ламинарных затопленных струйных течений и рост возмущений в них изучены гораздо меньше из-за низких критических чисел Рейнольдса Re и из-за быстрого перехода к турбулентности. Но недавно был предложен новый метод создания ламинарных струй воздуха диаметром D = 120 мм, сохраняющих ламинарную структуру на расстоянии более 5.5D от выходного сечения для Re в диапазоне 6000–10000 [4].
Для данного течения была проведена серия экспериментов, направленная на исследование развития осесимметричных возмущений, вызванных низкочастотными колебаниями металлического кольца двух диаметров (положения колец соответствуют точкам перегиба профиля скорости). При помощи визуализации лазерным ножом и построения корреляционных картин были определены длины образующихся волн, радиальное распределение амплитуды пульсаций скорости, пространственная скорость роста пульсаций. Полученные результаты согласуются с теоретическими расчетами, проведенными в рамках модальной теории.
Помимо внесения в струю возмущений с заданной частотой, была проведена серия экспериментов с дефлекторами различных конфигураций с целью внесения стационарных возмущений, способствующих развитию алгебраической неустойчивости.
Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 20-19-00404.
1. A.V. Boiko, K.J.A. Westin, B.G.B. Klingmann, V.V. Kozlov, P.H. Alfredsson. Experiments in a boundary layer subjected to free stream turbulence. Part 2. The role of TS-waves in the transition process // J. Fluid Mech. 281, 1994. P. 219–245.
2. Pfenniger, W. Transition in the inlet length of tubes at high Reynolds numbers // Boundary layer and flow control (ed. G. Lachman), Pergamon, 1961. P. 970–980.
3. Козлов В.В., Рамазанов М.П.. Экспериментальное исследование устойчивости Течения Пуазейля // Изв. СО АН СССР. Сер. техн. наук. № 8. Вып. 2, 1981. С. 45–48.
4. 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.
