Введение к работе
Актуальность темы. Изучение турбулентности является одной из главных задач современной аэродинамики. Описание турбулентных течений имеет большое научное и прикладное значение в таких областях как прикладная аэро- и гидродинамика, метеорология, океанография, распространение радиоволн в атмосфере, оптика и многих других. Сл:ж-ность решения этой задачи связана с тем, что из-за гидродинамичесгой неустойчивости в потоке образуется широкий непрерывный спектр пульсаций, в котором основную энергию несут вихри больших масштабов, а диссипация энергии сосредоточена в мелкомасштабной диссипативной части спектра. Размер диссипативных вихрей неограниченно уменьшается с ростом числа Рейнольдса.
Отсюда ясно, что при описании развитых турбулентных течений центральную роль играют два вопроса. 1) Являются ли характеристики мелкомасштабных колебаний универсальными? 2) Какова взаимосвязь между характеристиками крупно- и мелкомасштабных колебаний?
Решение этих вопросов имеет исключительно важное значение и в теории турбулентного горения. Последнее связано с тем, что скорости химических реакций сильно зависят от температуры, и поэтому превращения веществ осуществляются в тонких зонах (фронтах пламени). Слэ-довательно, влияние турбулентности в первом приближении сводится к двум эффектам: крупномасштабным колебаниям фронта пламени как целого и воздействию мелкомасштабных пульсаций на его внутреннюю структур/. Возможность упростить описание этих эффектов также связана с отве'. эм на поставленные два вопроса.
Суммируя, можно заключить, что прогресс в описании как развит їх турбулентных течений, так и турбулентного горения, в значительной мере определяется достижениями в изучении мелкомасштабных движеги1.. Это обусловливает особую актуальность исследований в данной области
и служило для автора одним из главных мотивов при выборе направления работы.
Цель работы: 1) экспериментальная проверка основных положений и гипотез теории мелкомасштабной турбулентности; 2) критическая оценка имегшшхся экспериментальных данных; 3) получение новых экспериментальных результатов, представлявших интерес с точки зрения численного моделирования и теории турбулентного горения.
Научная новизна. Предложена методика оценки погрешности термоанемометрических'измерений степени анизотропии в турбулентных течениях.
Представлены результаты по проверке гипотезы о статистической независимости мелко- и крупно-масштабных флуктуации скорости.
Предложена методика по измерение скейлинга поля скорости при отрицательных значениях порядка моментов структурной функции.
Проведена проверка гипотезы о масштабном подобии полей скорости и диссипации энергии при отрицательных значениях прядка моментов.
Показано ограничение метода вейвлет-анализа для определения локального скейлинга поля скорости, предложена модификация этого метода.
Практическая ценность. Полученные результаты могут быть непосредственно использованы в подсеточных моделях для численного описания турбулентных течений при больших числах Рейнольдса, при анализе турбулентного горения.
Достоверность экспериментальных результатов подтверждена тщательным анализом всех известных источников погрешностей при измерениях, регистрации и обработке сигналов, сравнением с данными других авторов С где это возможно), а также путем дублирования средств и алгоритмов получения информации.
На защиту выносятся: 1. Результаты экспериментальной проверки гипотез, имевших принци-
пиальное значение для развития теории турбулентности:
а) о локальной изотропии турбулентности.
б) о статистической независимости мелко- и крупномасштабных дви
жений в турбулентной жидкости;
в) о масштабном подобии полей скорости и диссипации энергии.
Личный вклад автора. Эксперименты Сизмерение, регистрация и об
работка сигналов) проведены совместно с Прасковским А. А. Автор г:ри-
нимал личное участие в постановке большинства задач, результаты ре
шения которых представлены в диссертации.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 5-ой Всесоюзной конференции по проблемам механики неоднородных ере,; и турбулентных течений (Одесса, 1990) и на 3-й Европейской конференции по турбулентности (Стокгольм, 1990).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 3-х работах, список которых приведен в конце автореферата.
Структура диссертации, Диссертация содержит 78 стр. основної, текста, список литературы из 58 работ, 8 таблиц и 43 рисунка. Текст состоит из введения, пяти глав и выводов.