Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Сова Василий Александрович

Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле
<
Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Сова Василий Александрович. Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.02.05.- Новосибирск, 2003.- 156 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-1/1156-6

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. История и состояние исследуемого вопроса 9

1.1. Пограничный слой, устойчивость и ламинарно-турбулентный переход 12

1.2. Роль продольных структур в ламинарно-турбулентном переходе в пограничном слое 14

1.3. Вторичная неустойчивость пограничных слоев с продольными структурами. 17

1.4. Продольные структуры и переход на скользящем крыле 18

1.5. Моделирование 20

Глава 2. Методика измерений 22

Глава 3. Исследование ламинарно-турбулентного перехода в естественных условиях 27

3.1. Введение в проблему 27

3.2. Методика эксперимента 31

3.3. Характеристики пограничного слоя .33

3.4. Стационарные продольные структуры и бегущие возмущения в естественном случае 34

3.5. Влияние акустического поля на развитие бегущих возмущений 37

3.6. Выводы из главы 3 42

Глава 4. Моделирование продольных структур и исследование ламинарно турублентного перехода на них 44

4.1. Введение в проблему и постановка задачи 44

4.2. Методика экспериментов 47

4.3. Характеристики среднего течения 48

4.4. Генерация продольных структур с помощью шероховатостей 50

4.4 Вторичная неустойчивость продольных структур в пограничном слое скользящего крыла. Воздействие акустическим полем 55

4.5 Стадия линейного нарастания бегущих волн неустойчивости течения с продольными структурами. Возбуждение бегущих волн локализованным периодическим вдувом-отсосом 57

4.6 Стадия нелинейного развития бегущих волн неустойчивости течения с продольными структурами Возбуждение бегущих возмущений периодическим вдувом-отсосом 62

4.7 Выводы из главы 4 65

Глава 5. Моделирование продольных полосчатых структур с помощью вдува через поперечную щель 66

5.1 Методика измерений 68

5.2. Генерация продольных структур с помощью вдува 69

5.3. Исследование развития бегущих возмущений на структурах, сгенерированных вдувом 70

5.4. Выводы главы 5 72

Заключение 73

Литература 75

Список публикации 87

Приложение 90

Введение к работе

Актуальность темы Ламинарно-турбулентный переход в трехмерных сдвиговых слоях является одной из наиболее емких и интересных задач. На практике оказывается, что в течениях по многим причинам формируются стационарные структуры, которые существенно меняют характеристики устойчивости исходного течения и могут служить предпосылкой к развитию высокочастотных бегущих возмущений (вторичная неустойчивость). В случае слабовозмущенного внешнего потока, вторичная неустойчивость оказывается доминирующей и может привести к докритическому переходу к турбулентности.

В работах других исследователей хорошо изучен переход в вихрях Гертлера - противовращающихся вихрях. Относительно неплохо изучен вопрос о неустойчивости поперечного течения на скользящем крыле. Известные экспериментальные исследования в какой-то мере освещают вопросы, связанные с ламинарно-турбулентным переходом в таких течениях. Однако до сих пор не все механизмы изучены в полной мере. Имеющиеся данные зачастую противоречивы, что в первую очередь относится к вторичной неустойчивости.

Для более полного понимания процессов, происходящих в пограничном слое, представляется актуальным провести исследования в контролируемых условиях. Исследование направлено на выявление механизмов формирования продольных структур, а также на изучение вторичной неустойчивости. Данные об вторичных волнах получены с точки зрения неустойчивости нового трехмерного течения: пограничного слоя, содержащего стационарные продольные структуры.

Кроме этого, актуальным представляется изучение методов управления развитием бегущих волн и переходом в трехмерных пристеных течениях.

Цель работы заключалась в исследовании свойств собственных возмущений (вторичных возмущений), развивающихся в продольных структурах, расположенных в пограничном слое, в условиях контролируемого эксперимента. Изучались: генерация продольных структур в трехмерном пограничном слое с помощью элементов шероховатости и стационарного вдува, а также устойчивость трехмерного течения к его собственным малым возмущениям, возбуждаемым различными источниками;

Научная новизна

Экспериментально исследована вторичная неустойчивость стационарных продольных структур в пограничном слое скользящего крыла. Впервые показана принципиальная возможность усиления роста бегущих возмущений на скользящем крыле в присутствии акустического поля.

Показано, что с помощью элемента шероховатости в пограничном слое можно возбудить продольные структуры с разными характеристиками.

Отмечено, что воздействие на пограничный слой акустическим полем , и периодическим вдувом-отсосом усиливает рост волн неустойчивости на продольных структурах. При относительно малых амплитудах воздействия, волны неустойчивости имеют участок линейного роста. При больших начальных амплитудах возмущения быстро достигают нелинейной стадии, что приводит к сильному искажению среднего течения.

Отработана методика генерации продольных структур с помощью шероховатостей и вдува через поперечную щель.

Научная и практическая ценность.

Результаты по генерации продольных структур и их устойчивости, изложенные в диссертационной работе, могут быть использованы в моделировании процессов перехода в подобных течениях. Показана роль внешнего воздействия на ламинарно-турбулентный переход. Полученные данные указывают на возможные пути затягивания ламинарно-турбулентного перехода, а также на пути более эффективного перехода к турбулентности, что может иметь определенное значение в некоторых научных исследованиях и отраслях промышленности.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы из 107 наименований, изложена на 156 страницах, включая 60 рисунков. Результаты диссертации опубликованы в работах, список которых представлен на страницах 87-89.

В первой главе дается исторический обзор существующих результатов по переходу к турбулентности в пограничных слоях. . Описаны основные результаты по изучению ламинарно-турбулентного перехода в пограничных слоях, содержащих продольные структуры различной природы. Указывается место данной работы в ряду других исследований.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной установки, методов моделирования, использованным в работе, способам введения контролируемых возмущений, анализу ошибок измерений.

Третья глава описывает развитие бегущей волны неустойчивости в пограничном слое скользящего крыла в присутствие стационарной моды неустойчивости поперечного течения. Определены параметры как стационарных, так и бегущих возмущений. Показано влияние акустического поля на развитие бегущих возмущений.

В четвертой главе проведены исследования влияния формы и местоположения шероховатостей на генерацию продольных структур в пограничном слое. Показано, что акустическим полем и локализованным вдувом-отсосом на продольных структурах возбуждаются бегущие возмущения, получены их основные характеристики. В случае нелинейных амплитуд бегущих возмущений отмечено сильное специфическое влияние пульсаций на среднее течение, выражающееся в мультиплицировании продольных структур.

Пятая глава освещает вопрос о генерации продольных структур с помощью вдува через поперечную щель. Исследован вопрос о развитии бегущих возмущений на образуемых структурах. Отмечено, что в этом случае также имеет место эффект мультиплицирования продольных структур.

В заключении сформулированы основные выводы работы.

На защиту выносятся: 1. Результаты экспериментального моделирования продольных стационарных структур с помощью шероховатостей и стационарного вдува через поперечную щель.

2. Результаты экспериментального исследования бегущих возмущений, возникающих в пограничном слое скользящего крыла в присутствие стационарной моды неустойчивости поперечного течения, а также результаты исследования бегущих колебаний, возбужденных акустическим полем и локализованным вдувом-отсосом.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах Института Теоретической и Прикладной Механики СО РАН, Института Теплофизики СО РАН и представлялись на следующих конференциях:

Международный семинар "Устойчивость гомогенных и гетерогенных жидкостей", (Новосибирск, 1998, 2000, 2001),

Международная конференция молодых ученых "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики", (ИТ СО РАН, 1998,1999,2000,2002),

Международная конференция "Современные проблемы аэрогидромеханики", (Москва, 1999),

Всероссийская научно-техническая конференция "Механика летательных аппаратов и современные материалы", (Томск, 1999, 2000),

Международная Научная Конференция "Акустика неоднородных сред", (Новосибирск, 2002),

Международная Научная Студенческая Конференция "Студент и научно-технический прогресс", (НГУ, 1998, 1999, 2000, 2001).

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору Виктору Владимировичу Козлову который был инициатором этой работы, за его неоценимый вклад в ее осуществлении. Автор признателен В. А. Щербакову и всему коллективу лаборатории №8 ИТПМ СО РАН за помощь оказанную в выполнении этой работы.

Роль продольных структур в ламинарно-турбулентном переходе в пограничном слое

Много внимания в свое время уделялось ламинарно-турбулентному переходу на плоской пластине. Эксперименты, как правило, проводились при низкой степени турбулентности набегающего потока. В результате глубоких и детальных исследований пришло понимание, что на стадии нелинейного развития волн . Толлмина-Шлихтинга в пограничном слое плоской пластины образуются вихревые возмущения - т.н. Я-структуры. Они представляют собой пару вихрей конечной длины расположенных под углом к потоку как в продольном, так и в нормальном к стенке направлениях. Передние части вихрей соединяются, образуя "головку". Общая их форма напоминает греческую букву Я. Эти структуры вниз по потоку искривляются и вытягиваются некоторым образом напоминая отрезки вихрей Гертлера малой амплитуды. При повышенной степени турбулентности набегающего потока (Ти 1%) процесс перехода на плоской пластине несколько отличается от классического. В начальной области пристенного течения образуются т.н. продольные полосчатые структуры [5-17]. Продольные структуры возникают и при развитии в пограничном слое нестационарных структур типа "пафф" [18-20]. "Пафф" представляет собой вихрь или пару вихрей конечной длины и большой (10-20%) амплитуды. На вогнутых поверхностях в результате центробежной неустойчивости в потоке формируются так называемые вихри Гертлера, которые имеют некоторую характерную периодичность в поперечном направлении [27, 31, 32]. В целом ряде работ было выяснены условия возникновения парных вихрей на вогнутой поверхности (пару составляют два вихря вращающихся в разные стороны). В качестве примеров стоит отметить численные результаты [21-25], экспериментальные работы в естественных условиях [26-29], а также модельные эксперименты [18, 30]. Сравнительно недавно было обнаружено, что продольные структуры возникают в круглых и плоских свободных струях и, по всей видимости, наряду с неустойчивостью Кельвина-

Гельмгольца (крупномасштабные турбулентные кольца) играют не последнюю роль в образовании турбулентности [33, 34]. Как видно, наличие продольных структур в пограничном слое в процессе перехода является характерной чертой довольно широкого класса течений. Но при всем разнообразии механизмов, порождающих продольные структуры, им присущи сильная локализация в трансверсальном и большая протяженность в продольном направлениях. Как правило, с выходом на нелинейное насыщение они достигают амплитуд более 10% от скорости внешнего течения, но в дальнейшем не приводят к турбулентности непосредственно, а создают поперечную периодичность в распределении скорости, т.е. формируют новое течение с отличным от первоначального характеристиками [35, 36]. Сильная модуляция пограничного слоя, создаваемая продольными структурами, может служить источником различных нелинейных взаимодействий между самими стационарными продольными структурами или между ими и волнами Толлмина-Шлихтинга. В результате таких взаимодействий волна Толлмина-Шлихтинга может стать и менее устойчивой. С другой стороны, экспериментально обнаружено [37-39], что продольные стационарные структуры малой амплитуды, возбужденные искусственно на плоской пластине, могут предотвратить рост волн Толлмина-Шлихтинга и, следовательно, стабилизировать течение. При достаточно большой амплитуде модуляции (большой амплитуде стационарных возмущений) могут возникать новые вторичные возмущения, распространяющиеся вдоль первичных стационарных структур [40]. Эти возмущения являются собственными для нового течения, подобно волнам Толлмина-Шлихтинга для пограничного слоя Блазиуса. Вторичная неустойчивость в стационарных структурах обычно невязкая по своему характеру и может при некоторых условиях привести к переходу в докритической по отношению к волнам Толлмина-Шлихтинга области течения [41, 42].

В ходе исследований перехода на плоской пластине, оказалось, что на таких нестационарных образованиях как /1-структуры, возникают высокочастотные колебания [43-46], которые в конечном итоге и приводят к развалу детерминированной структуры, образованию турбулентного клина и турбулизации течения. Определено, что высокочастотные колебания образуются в области сильного сдвига, создаваемого ногами Д-структуры. Тот же механизм прослеживается и в течениях с "Пафф" структурами. Создавая сильную модуляцию течения, "пафф" также продуцирует в своем ядре высокочастотные колебания растущие по мере движения структуры вниз по потоку и приводящие к образованию турбулентных пятен. При исследовании вихрей Гертлера было обнаружено, что начиная с некоторого момента, в спектре возмущений возникают высокочастотные колебания [22, 23], растущие вниз по потоку. При визуализации [26, 28] было обнаружено, что переход на вогнутой поверхности определяется вторичной неустойчивостью, которая проявляется независимо в каждой паре вихрей. Таким образом, соседние пары вихрей могут усиливать различные типы вторичных колебаний. Описанные вторичные колебания выглядят либо в виде периодического движения вихрей в поперечном направлении, либо в виде подковообразных образований в области сильного поперечного сдвига. Такие возмущения называют синусоидальной и варикозной модами соответственно. Они сопоставляются многими исследователями с нечетной и четной модами, известными из аналитического и численного анализа вторичной неустойчивости вихрей Гертлера [23, 47]. Из вышесказанного видно, что как и продольные структуры, вторичные возмущения могут присутствовать во многих течениях и зачастую именно вторичная неустойчивость может оказаться решающим фактором в образовании турбулентности. Более того, вторичная неустойчивость, по всей видимости, представляет собой один из универсальных механизмов ламинарно-турбулентного перехода.

Характеристики пограничного слоя

Ранее уже проводились эксперименты в подобных условиях. Было в частности получено, что в подобных течениях формируются продольные структуры [63]. Как указывалось выше, наличие продольных структур является характерным для достаточно широкого класса течений. В данном случае они являются стационарной модой неустойчивости поперечного течения, которая возникает благодаря присутствию поперечного градиента давления и перегиба в профиле скорости поперечного течения. Собственной функцией такого течения является пара противовращающихся вихрей [36, 80], однако поперечное течение у передней кромки изменяет ее вид. На скользящем крыле продольные структуры обычно возникают вблизи передней кромки, где поперечное течение сильно. Необходимо также отметить, что стационарная мода не является наиболее растущей и выделяется за счет наличия у передней кромки шероховатостей поверхности. В условиях настоящего исследования визуализация показала наличие продольных структур в пограничном слое. Типичная картина, получавшаяся при визуализации в данном эксперименте, показана на рис 3.3. Черная поверхность - модель, а области белого цвета -быстроиспаряющееся покрытие. На рисунке нанесена метка, дающая представление, о поперечном масштабе возникающих продольных структур. Следующим шагом в эксперименте явилось измерение .характеристик,потока и исследование процессов в пограничном слое с помощью термоанемометра. На рис. 3.4 представлено распределение продольной компоненты скорости по оси Z для разных расстояний от передней кромки. Из графика видно наличие продольных структур в пограничном слое, выражающееся в характерном распределении средней скорости. Заметим, что поперечный масштаб структур совпадает с приведенным на рисунке 3.3 и не изменяется вниз по потоку, что согласуется с выводами других исследователей.

Известно, что сформировавшись у передней кромки модели, стационарные продольные структуры нарастают вниз по потоку согласно линейной теории и достигают амплитуды 10-12%, после чего насыщаются и слабо меняют свою амплитуду вплоть до турбулентного разрушения течения. Из рис. 3.4 видно, что амплитуда продольных структур практически не изменяется, что указывает на то, что в данной области формирование продольных структур практически закончилось и их амплитуда вышла на насыщение. При этом видно, что амплитуда стационарных возмущений достигает в области измерений 20%. Отметим, что данные для рис. 3.4 были получены на расстоянии от стенки, равном примерно половине толщины пограничного слоя с расположением датчика и координатного устройства по осям XrZ. Из рис. 3.4 визуально было определено место одной из структур на каждом графике (помечена на рисунке звездочкой). Далее заметим, что на каждом следующем графике координата Z помеченной структуры уменьшается, следовательно, в области исследований продольные структуры несколько наклонены к горизонтали (к оси ОХ). На рисунке 3.5. представлена зависимость координаты Z отдельной структуры от координаты X. Из полученных данных было вычислено, что угол наклона структур к горизонтали в области измерений оставался практически неизменным и составлял «5. Из приведенных распределений можно сделать оценку поперечного волнового числа стационарных структур. Длина волны в поперечном направлении составляет в среднем 8 мм. Размерное волновое число в данном случае составит J3 = 0,78 мм"1. Обезразмеривание на толщину вытеснения & = 0,6 мм даст безразмерное поперечное волновое число J3& = 0,47. Известно, что безразмерное поперечное волновое число наиболее неустойчивых вихрей поперечного течения составляет от J3S = 0,3 до /? =0,6 Как было отмечено выше, в подобных ситуациях поперечная модуляция потока, вызванная присутствием продольных структур, может стать определяющей для развития так называемой вторичной высокочастотной [81, 82] неустойчивости. В экспериментах других авторов в схожих условиях было обнаружено, что наряду со стационарными модами в пограничном слое развиваются бегущие возмущения, которые в свою очередь были разделены на два сорта - т.н.

Вторичная неустойчивость продольных структур в пограничном слое скользящего крыла. Воздействие акустическим полем

В этом разделе будут представлены некоторые характеристики волн неустойчивости полосчатых структур, когда бегущие колебания вводились контролируемым образом, причем большинство измерений приведено в сравнении с измерениями без возбуждения течения. Возмущения вводились звуком на частоте =178 Гц, которая близка к наиболее неустойчивой в волновом пакете естественных пульсаций, что будет показано ниже. Безразмерный частотный параметр F = 27rfv/Uj в данном случае имел значение F = 298 10"6. В качестве рабочей использовалась шероховатость длиной 35 мм, поскольку такой подход позволял избежать влияния образуемых структур друг на друга, неизбежно возникающего при использовании шероховатости меньшей длины. Шероховатость находилась на профиле там, где ее местонахождение обуславливало наиболее эффективную генерацию продольных полосчатых структур - на расстоянии 80 мм от передней кромки модели. Ширина шероховатости составляла 15 мм, а "рабочие" грани были скошены под углом 45 градусов (см. рис. 4.10а). На представленной шероховатости генерировались две продольные структуры, что было показано выше, и также можно видеть из рисунка 4.106, на котором представлено распределение средней скорости в поперечном направлении за шероховатостью. Рассмотрим спектральные распределения «естественных» пульсаций продольной составляющей скорости, представленные на рис. 4.11. Спектры демонстрируют форму «естественного» волнового пакета, развивающегося на продольных структурах случая 1 и случая 2. Данные получены на значительных расстояниях вниз по потоку (при X = 380 мм), поскольку вблизи наклейки волновой пакет имеет очень маленькую амплитуду и потому его сложно выделить на фоне шумов как самого пограничного слоя, так и шумов измерительной аппаратуры. Из рисунка 4.11 видно, что для случаев 1 и 2 значительно разнится как форма естественного волнового пакета, так и его амплитуда.

Также из распределения видно, что максимумы находятся в области частот -175 Гц в обоих случаях. Спектры получены в максимумах пульсаций по трансверсальной координате. С целью изучить развитие бегущих возмущений на продольных структурах, в модельном эксперименте производилось их возбуждение с помощью акустического поля, причем частота акустики выбиралась наиболее растущая из пакета, представленного на рисунке 4.11. При воздействии на течение акустическим полем частотой 178 Гц, на продольных структурах усиливаются бегущие колебания этой же частоты. Эта ситуация продемонстрирована на рисунке 4.12, на котором изображены изолинии дефекта скорости в координатах Y/$ - Z в сечении X = 144 мм. Ниже изображены изолинии распределения пульсаций по всему спектру и изолинии распределения пульсаций на частоте возбуждения. Из рисунка видно, что на структуре в случае 2 бегущие возмущения, возбуждаемые акустическим полем, имеют большую амплитуду, чем бегущие возмущения на структуре в случае 1. Кроме этого,, видно, что форма распределения пульсаций в этих случаях разная: в случае 2 видны два пика в распределении, тогда как в случае 1 пик только один. Поскольку амплитуда пульсаций относительно не велика, отсутствует влияние пульсаций на среднее течение, правомерно говорить о линейном развитии возмущений в пограничном слое. Так как распределение пульсационной компоненты скорости имеет специфический характер, имеет смысл провести эксперимент, в котором возбуждение бегущих колебаний производилось бы иначе, чем акустическим полем. В таком случае, если результаты будут качественно совпадать, правомерно говорить о возбуждении в данном случае собственных возмущений пограничного слоя. Для возбуждения в течении вторичных волн неустойчивости в данном эксперименте использовалась методика периодического локализованного вдува-отсоса с частотой 178 Гц через отверстия в поверхности модели. Шероховатость имела те же размеры, что и в предыдущем разделе.

Получаемые таким образом структуры по-прежнему названы "случай 1" и "случай 2". Отверстия были выполнены таким образом, чтобы центр образуемых продольных структур находился строго над отверстием. Вопрос о влиянии положения отверстия относительно структур на возбуждение бегущих колебаний исследован отдельно для каждой из структур. Отметим, что все измерения в пограничном слое (за исключением особо оговоренных случаев) проводились на линии постоянной скорости. Это изображено на рис. 4.13, где схематично представлена поверхность модели и профили средней скорости. Линия АВ качественно демонстрирует, как изменялась координата Y при движении

Генерация продольных структур с помощью вдува

Одной из важных проблем в подобного рода экспериментах является величина вдува через щель в поверхности модели. В ходе экспериментального исследования прежде всего решалась именно эта задача. Оказалось, что при очень большой амплитуде струйка газа "пробивала" пограничный слой и сильно изменяла исходное течение. При малой амплитуде вдува, наоборот, пограничный слой не "чувствовал" воздействия и генерируемые продольные структуры оказывались слишком малой амплитуды. Варьируя интенсивность вдува, удалось найти оптимальный режим, при котором продольные структуры имели необходимую амплитуду. Однако из данных, полученных в различных режимах, можно сделать вывод, что в зависимости от интенсивности вдува градиент распределения скорости в трансверсальном направлении находится на различных расстояниях от стенки. Отличительной особенностью сгенерированных вдувом продольных структур является то, что вблизи щели существует недостаток в распределении скорости. Вниз по потоку этот недостаток преобразуется пограничным слоем в продольные структуры, похожие на ранее наблюдавшиеся в экспериментах с шероховатостью. Ситуацию проясняет рисунок 5.3. На рисунке 5.3 представлено распределение средней скорости в пограничном слое для случая с шероховатостью и со вдувом.

Видно, что качественное совпадение формы распределения скорости происходит на разных расстояниях от передней кромки модели. Исходя из полученных здесь данных, можно предположить, что и за шероховатостью, и за щелью образуется недостаток в распределении скорости. В случае с шероховатостью его преобразование происходит быстрее, чем в случае со вдувом. В представленных распределениях, тем не менее, хорошо выражены градиенты в трансверсальном направлении. На генерируемых продольных структурах зафиксирован волновой пакет,.возникающий в естественном случае, представленный на рисунке 5.4. Волновой пакет сосредоточен в области частот порядка 200 Гц. Имея представление о частотном составе возмущений, стало возможным возбудить бегущие возмущения с помощью локализованного периодического вдува-отсоса. Результаты приведены на рисунках 5.5 и 5.6, где представлены распределения средней скорости и пульсационной компоненты по трансверсальнои координате. Как и в случае с шероховатостью, на продольных структрах возбуждаются бегущие озмущения. Вниз по потоку эти возмущения нарастают и при относительно небольших продольных координатах (X = 260 мм), начинают влиять на среднее течение. При этом в потоке наблюдается описанные ранее эффект «мультиплицирования» продольных структур. Следует отметить, что данные эффект в случае со вдувом проявляется быстрее по сравнению со случаем с шероховатостью. Одним из важных результатов, полученных в описываемом исследовании является тот факт, что в случае со вдувом не удалось возбудить бегущие возмущения отдельно в случае 2 и 1. Возбуждая колебания на структуре случая 1 во всех экспериментах бегущие возмущения неизменно возбуждались на структуре случая 2, что можно увидеть из рисунков 5.5 и 5.6.

Сравнивая случай с возбуждением и без возбуждения бегущих колебаний, можно убедиться, что вдув, сильно дестабилизируя течение, приводит к тому, что при больших значениях X бегущие возмущения имеют значительную амплитуду даже без воздействия вдувом-отсосом. На рисунке 5.7 представлено распределение фазы пульсаций по трансверсальнои координате. Видно, что действительно независимо от возбуждения в случае 1 и 2, колебания нарастают на обеих исследованных структурах. Полезно и интересно провести сравнение распределений фазы в поперечном направлении в случае генерации продольных, структур шероховатостью и вдувом через щель. Сопоставление данных указывает на то, что в случае 1 поперечные волновые числа совпадают. В случае 2 со вдувом график имеет меньший угол наклона, чем график в случае 2 с шероховатостью. Таким образом в случае 2 со вдувом возбуждаются возмущения с меньшим волновым числом. К сожалению, поскольку бегущие возмущения в данном случае очень быстро достигают нелинейных амплитуд, не удалось измерить изменение фазы по продольной координате, а также построить сколь-либо осмысленные кривые нарастания пульсаций вниз по потоку. 1. С помощью вдува через поперечную щель в пограничном слое скользящего крыла удалось возбудить стационарные продольные структуры. 2. Проведенные сравнения указывают на качественное совпадение распределений средней скорости за шероховатостью и за щелью. 3. Методом локализованного периодического вдува-отсоса на продольных структурах возбуждаются бегущие возмущения. В

Похожие диссертации на Экспериментальное исследование продольных структур и их неустойчивости на скользящем крыле