Павленко А.М.   Катасонов М.М.   Козлов В.В.   Довгаль А.В.  

Генерация локализованных возмущений ограниченными вибрациями поверхности за уступом в ламинарном течении

Докладчик: Павленко А.М.

В последние годы, интерес исследователей при изучении перехода к турбулентности в пограничном слое направлен на локализованные возмущения ламинарного течения, обозначаемые термином «полосчатые структуры». Считается, что формирование таких структур является результатом немодового усиления гидродинамических возмущений, которое выходит за рамки традиционной модели неустойчивости течений со сдвигом скорости по отношению к элементарным волнам. Полосчатые структуры, наблюдаемые в эксперименте, представляют собой квазистационарные деформации слоя сдвига, ориентированные вдоль потока и ограниченные в поперечном ему направлении.
Эффект неустойчивости течения с полосчатыми структурами, обнаруженный сравнительно недавно, связан с генерацией на фронтах полосчатых структур пакетов волн Толлмина-Шлихтинга. Зарождение и эволюция пакетов подробно изучались в предшествующих экспериментальных работах при моделировании полосчатых структур пограничного слоя различными способами. Генерация структур осуществлялась вдувом – отсосом воздуха через щели в обтекаемой потоком поверхности, ее локализованными вибрациями, а также, возмущениями завихренности набегающего потока в градиентном и безградиентном течениях. Настоящее исследование выполнено в продолжение данных экспериментов по моделированию локализованных возмущений в условиях отрыва пограничного слоя.
Исследование проведено в дозвуковой малотурбулентной аэродинамической трубе Т-324 ИТПМ СО РАН им. С. А. Христиановича. Экспериментальная установка имеет закрытую рабочую часть размерами 1x1x4м, степень турбулентности и скорость свободного потока составляли: U=3.5м/с, Tu≤0.04%. В качестве экспериментальной модели использована плоская пластина размерами 1500x1000x10мм с обтекаемой носовой частью в виде двух сопряженных полу-эллипсов, установленная вертикально в рабочей части трубы под нулевым углом атаки. На рабочей стороне пластины помещалась накладка размерами 99×300мм, задний срез которой образовывал прямоугольный уступ поверхности высотой h = 3мм на расстоянии 144 мм от передней кромки модели. Результаты исследований получены методом термоанемометрии при малой дозвуковой скорости потока.
Экспериментально исследовано возникновение и развитие гидродинамических возмущений, порождаемых низкочастотными вибрациями локального участка обтекаемой потоком поверхности в отрывном течении за прямоугольным уступом на плоской пластине. Импульсные колебания участка стенки приводят к генерации в зоне отрыва возмущений двух видов, характерных для переходных сдвиговых течений: пакетов волн неустойчивости и низкочастотных продольных деформаций поля скорости. Процесс ламинарно-турбулентного перехода за уступом поверхности определяется нарастанием волновых пакетов при сравнительно слабых изменениях продольных структур в направлении потока и, более того, их затухании по мере удаления от уступа. Сопоставление полученных данных с аналогичными результатами для течения на прямом крыле показывает, что отрыв пограничного слоя, как и неблагоприятный градиент давления, стимулирует развитие пакетов колебаний и их трансформацию в турбулентные пятна.
Работа выполнена при поддержке грантов РНФ №16-19-10330 и грантом президента Российской Федерации для ведущих научных школ НШ-8788.2016.1.


К списку докладов