Семинар по аэромеханике
26.05.04 в комн. 240 в 10 ч.
Окулов В.Л.
Институт теплофизики СО РАН)
Аннотация доклада
В докладе изложены результаты последних исследований автора, дополняющие монографию Алексеенко С.В., Куйбин П.А., Окулов В.Л. «Введение в теорию концентрированных вихрей» по разделам:
винтовые вихревые нити (монополь и диполь); движение системы винтовых вихрей; устойчивость равновесной конфигурации винтовых вихрей; винтовая симметрия в закрученных течениях; колоннообразные (осесимметричные) винтовые вихри; распад осесимметричного вихря (PIV-LDA диагностика распада вихрей); особенности тепломассопереноса в закрученных течениях.
Введение. Винтообразные вихри неоднократно наблюдаются в различных вихревых потоках (например, в ядрах торнадо; в следах за винтами, пропеллерами, ветряками и турбинами; после распада вихрей над дельтовидным крылом и в трубах; в вихревых камерах разной конфигурации и технологического назначения; при спаривании вихревых когерентных структур в турбулентных потоках и т.п.). Теоретические исследования винтовых вихрей имеет длинную историю, восходящую к работам Кельвина и Жуковского. Решение этой классической задачи вихревой динамики имеет безусловное значение, как для теоретической и практической гидромеханики, так и для многих других областей естествознания, где понятие ротора (вихря) является базовым.
Винтовые вихревые нити. Для поля скорости, индуцированного бесконечно тонкими винтовыми вихревыми нитями с монопольным и дипольным распределениями завихренности вдоль нити, была выделена главная часть в виде суммы простых алгебраических функций: полюса и логарифма с малым регулярным остатком. Данный подход позволяет рассмотреть многие задачи динамики винтовых вихрей в известных постановках задач динамики точечных вихрей.
Движение системы винтовых вихрей. Для скорости движения системы из N винтовых вихрей впервые получено алгебраическое представление, позволяющее проводить расчеты во всем диапазоне изменения винтового шага с более высокой точностью, чем дают известные асимптотики.
Устойчивость равновесной конфигурации винтовых вихрей. Решена фундаментальная проблема вихревой гидромеханики, связанная с исследованием устойчивости круговой равновесной конфигураций винтовых вихрей. В силу своей сложности ранее задача устойчивости рассматривалась только в плоской постановке для системы точечных вихрей. Впервые вопрос об устойчивости стационарного вращения точечных вихрей, расположенных в вершинах правильного N-угольника поставил Лорд Кельвин. За доказательство в этой задаче линейной устойчивости для N < 7 Дж. Дж. Томсон был удостоен премии Адамса в 1883г. В 1931г. Хэвлок уточнил его результат, установив неустойчивость для N > 7 и выделив случай N = 7, для которого линейный анализ не позволял сделать выводы об устойчивости системы. Устойчивость случая N = 7 была доказана Куракиным и Юдовичем только в 2002г. В нашем исследовании получены в аналитическом виде корреляционные зависимости, построены нейтральные кривые и определены моды неустойчивых линейных возмущений вихревой системы, состоящей из винтовых вихрей.
Винтовая симметрия в закрученных течениях. В этом разделе на основе анализа многочисленных экспериментальных данных установлена возможность применения класса течений с винтовой симметрией поля завихренности (или течений с однородной компонентой вектора скорости, касательной к винтовым линиям) для описания широкого класса закрученных течений.
Колоннообразные (осесимметричные) винтовые вихри. Сравнением с экспериментом обосновано применение различных аппроксимаций завихренности в вихревом ядре для описания разных типов закрученных течений.
Распад вихря. Подтверждена гипотеза о том, что явление распада вихря в закрученных потоках ассоциируется с изменением правовинтовой структуры приосевого вихря на зеркально симметричную левовинтовую структуру и обнаружено, что кручение вихревых линий имеет предельное значение - локальный винтовой шаг имеет минимум в точке, где возникает рециркуляционная зона при распаде вихря.
Впервые для диагностики нестационарного распада вихря была разработана и применена экспериментальная методика совместного использования сразу двух измерительных методов (PIV и LDA), с помощью которых удалось выявить существенные различия в картинах течения, получаемых визуализацией и восстановленных по измеренному полю скорости.
Особенности тепломассопереноса в закрученных течениях. Задача Левека впервые обобщена для описания локального тепломассопереноса из закрученного потока к стенке цилиндрического реактора. С помощью полученного решения описано изменение локального массопереноса во входном участке массообменной секции, обосновано применение полученной зависимости для описания массопереноса вдоль всей длины массообменной секции и дано объяснение возможности снижения массопереноса после закрутки потока, неоднократно зафиксированное в эксперименте. Показано, что традиционное применение представления чисел Шервуда и Нуссельта, в виде зависимости от среднерасходного числа Рейнольдса, для закрученных течений не корректно.
Окулов В.Л.
Институт теплофизики СО РАН)
Аннотация доклада
В докладе изложены результаты последних исследований автора, дополняющие монографию Алексеенко С.В., Куйбин П.А., Окулов В.Л. «Введение в теорию концентрированных вихрей» по разделам:
винтовые вихревые нити (монополь и диполь); движение системы винтовых вихрей; устойчивость равновесной конфигурации винтовых вихрей; винтовая симметрия в закрученных течениях; колоннообразные (осесимметричные) винтовые вихри; распад осесимметричного вихря (PIV-LDA диагностика распада вихрей); особенности тепломассопереноса в закрученных течениях.
Введение. Винтообразные вихри неоднократно наблюдаются в различных вихревых потоках (например, в ядрах торнадо; в следах за винтами, пропеллерами, ветряками и турбинами; после распада вихрей над дельтовидным крылом и в трубах; в вихревых камерах разной конфигурации и технологического назначения; при спаривании вихревых когерентных структур в турбулентных потоках и т.п.). Теоретические исследования винтовых вихрей имеет длинную историю, восходящую к работам Кельвина и Жуковского. Решение этой классической задачи вихревой динамики имеет безусловное значение, как для теоретической и практической гидромеханики, так и для многих других областей естествознания, где понятие ротора (вихря) является базовым.
Винтовые вихревые нити. Для поля скорости, индуцированного бесконечно тонкими винтовыми вихревыми нитями с монопольным и дипольным распределениями завихренности вдоль нити, была выделена главная часть в виде суммы простых алгебраических функций: полюса и логарифма с малым регулярным остатком. Данный подход позволяет рассмотреть многие задачи динамики винтовых вихрей в известных постановках задач динамики точечных вихрей.
Движение системы винтовых вихрей. Для скорости движения системы из N винтовых вихрей впервые получено алгебраическое представление, позволяющее проводить расчеты во всем диапазоне изменения винтового шага с более высокой точностью, чем дают известные асимптотики.
Устойчивость равновесной конфигурации винтовых вихрей. Решена фундаментальная проблема вихревой гидромеханики, связанная с исследованием устойчивости круговой равновесной конфигураций винтовых вихрей. В силу своей сложности ранее задача устойчивости рассматривалась только в плоской постановке для системы точечных вихрей. Впервые вопрос об устойчивости стационарного вращения точечных вихрей, расположенных в вершинах правильного N-угольника поставил Лорд Кельвин. За доказательство в этой задаче линейной устойчивости для N < 7 Дж. Дж. Томсон был удостоен премии Адамса в 1883г. В 1931г. Хэвлок уточнил его результат, установив неустойчивость для N > 7 и выделив случай N = 7, для которого линейный анализ не позволял сделать выводы об устойчивости системы. Устойчивость случая N = 7 была доказана Куракиным и Юдовичем только в 2002г. В нашем исследовании получены в аналитическом виде корреляционные зависимости, построены нейтральные кривые и определены моды неустойчивых линейных возмущений вихревой системы, состоящей из винтовых вихрей.
Винтовая симметрия в закрученных течениях. В этом разделе на основе анализа многочисленных экспериментальных данных установлена возможность применения класса течений с винтовой симметрией поля завихренности (или течений с однородной компонентой вектора скорости, касательной к винтовым линиям) для описания широкого класса закрученных течений.
Колоннообразные (осесимметричные) винтовые вихри. Сравнением с экспериментом обосновано применение различных аппроксимаций завихренности в вихревом ядре для описания разных типов закрученных течений.
Распад вихря. Подтверждена гипотеза о том, что явление распада вихря в закрученных потоках ассоциируется с изменением правовинтовой структуры приосевого вихря на зеркально симметричную левовинтовую структуру и обнаружено, что кручение вихревых линий имеет предельное значение - локальный винтовой шаг имеет минимум в точке, где возникает рециркуляционная зона при распаде вихря.
Впервые для диагностики нестационарного распада вихря была разработана и применена экспериментальная методика совместного использования сразу двух измерительных методов (PIV и LDA), с помощью которых удалось выявить существенные различия в картинах течения, получаемых визуализацией и восстановленных по измеренному полю скорости.
Особенности тепломассопереноса в закрученных течениях. Задача Левека впервые обобщена для описания локального тепломассопереноса из закрученного потока к стенке цилиндрического реактора. С помощью полученного решения описано изменение локального массопереноса во входном участке массообменной секции, обосновано применение полученной зависимости для описания массопереноса вдоль всей длины массообменной секции и дано объяснение возможности снижения массопереноса после закрутки потока, неоднократно зафиксированное в эксперименте. Показано, что традиционное применение представления чисел Шервуда и Нуссельта, в виде зависимости от среднерасходного числа Рейнольдса, для закрученных течений не корректно.
2004-05-20
регистрация
наука
экспериментальная база
инновации