Научный отчет № 5116

Название

Нестационарные взаимодействия сплошных и проницаемых тел с вихревыми течениями жидкости и газа.

Авторы

Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я., Бучин В.А., Гирча А.И., Андронов П.Р.

Аннотация

Проведено численное исследование методов стабилизации течений с уловленным вихрем в вихревой ячейке на стенке расширяющегося канала, связанных с использованием локального отсоса и вдува среды. Использован численный метод вязких вихревых доменов для решения плоских нестационарных уравнений Навье-Стокса в лагранжевых координатах. Изучено влияние отсоса постоянной интенсивности, а также переменного управляемого отсоса с обратной связью по давлению на режим течения в ячейке и в канале. Получено, что интенсивность отсоса, требуемая для захвата вихря в вихревую ячейку, больше, чем интенсивность отсоса, требуемая для удержания вихря после захвата. Показано, что реализация отсоса в двух точках внутри ячейки, а также управление интенсивностью отсоса с обратной связью по давлению может дать некоторую экономию средней интенсивности суммарного отсоса, требуемого для удержания вихря, в тех случаях, когда верхняя стенка канала прямолинейна, т.е. отсутствует ступенчатое расширение канала. Исследовано влияние периодически пульсирующего отсоса в центре ячейки на поведение уловленного вихря. Гипотеза о возможности своеобразного «резонанса» колебаний интенсивности отсоса и колебаний слоя смешения над вихревой ячейкой для рассмотренной формы канала и рассмотренного значения числа Рейнольдса не подтвердилась. Исследовано влияние периодического добавления импульса внутри вихревой ячейки за счёт локальной высоконапорной струи на поведение уловленного вихря; при этом учитывалось влияние этой струи на импульс среды, а добавлением дополнительной массы среды за счёт струи мы пренебрегали. Показано, что подобный периодический вдув внутри вихревой ячейки при надлежащем выборе периода, амплитуды, локализации и направления вдуваемой струйки способен поддержать процессы формирования и удержания уловленного вихря в вихревой ячейке. В случае, когда имеется ступенчатое расширение канала, отсос, требуемый для удержания вихря, как правило, снижается не за счёт управления, а за счёт естественно происходящего процесса присоединения затопленной струи, вытекающей из узкого начального участка канала, к нижней стенке канала (эффект Коанды). Полученные результаты могут быть использованы в целях построения более экономичных систем управления и стабилизации для течений в вихревых ячейках, расположенных на диффузорных участках обтекаемых поверхностей. Подобные системы стабилизации течений можно использовать, например, как элемент технологии предотвращения отрыва с поверхности толстых крыльев летательных аппаратов интегральной компоновки.

Год публикации

2010 г.

Объём

80 с.

Научный руководитель

Гувернюк С.В.

Ключевые слова

вязкая несжимаемая жидкость, расширяющийся канал, вихревая ячейка, уловленный вихрь, методы стабилизации, отсос, управление с обратной связью, периодический вдув.