Кінематика вихорового руху на обтічній поверхні з напівциліндричною канавкою

Abstract

У роботі наведені результати експериментів по вивченню впливу локальної напівциліндричної канавки на гідравлічно гладкій плоскій поверхні, на джерела псевдозвукових пульсацій, структуру турбулентного примежового шару і його кінематичні та спектральні характеристики. Представлено дані візуальних досліджень особливостей вихрового руху в середині заглиблення і над обтічною плоскою поверхнею. Вимірювання за допомогою дротяних термоанемометрів показали, що в середині канавки формуються когерентні вихрові системи різних масштабів, які періодично викидаються в примежовий шар. У результаті взаємодії турбулентного примежового шару, циркуляційного руху всередині канавки і викидів вихрових систем із неї з'являються локальні області зростання та зменшення місцевої швидкості, які характеризують процеси прискорення або гальмування потоку поблизу заглиблення. У спектральних залежностях пульсацій швидкості, заміряних усередині напівциліндричної канавки і поблизу неї, виявлені дискретні піки. Вони відповідають частоті обертання великомасштабного вихору всередині канавки, частоті його викиду назовні у примежовий шар і першій зсувній моді Розіте автоколивань для заглиблення. З віддаленням від канавки взаємодія примежового шару і енергоємних псевдозвукових джерел гідродинамічного шуму, породжених вихровим рухом всередині заглиблення, зменшується і турбулентний примежовий шар відновлюється.

В работе приведены результаты экспериментов по изучению влияния локальной полуцилиндрической канавки на гидравлически гладкой плоской пластине, на источники псевдозвуковых пульсаций, структуру турбулентного пограничного слоя и его кинематические и спектральные характеристики. Представлены данные визуальных исследований особенностей вихревого движения внутри углубления и над обтекаемой плоской поверхностью. Измерения с помощью проволочных термоанемометров показали, что внутри канавки формируются когерентные вихревые системы различных масштабов, которые периодически выбрасываются в пограничный слой. В результате взаимодействия турбулентного пограничного слоя, циркуляционного движения внутри канавки и выбросов вихревых систем из нее появляются локальные области возрастания и уменьшения местной скорости, характеризующие процессы ускорения или торможения набегающего потока вблизи выемки. В спектральных зависимостях пульсаций скорости, измеренных внутри полуцилиндрического углубления и возле него, обнаружены дискретные пики. Они соответствуют частоте вращения крупномасштабного вихря внутри канавки, частоте его выброса наружу в пограничный слой и первой сдвиговой моде Розитэ автоколебаний для углубления. С удалением от канавки взаимодействие пограничного слоя и энергоемких псевдозвуковых источников гидродинамического шума, порождаемых вихревым движением внутри углубления, ослабевает и турбулентный пограничной слой восстанавливается.

The paper deals with the results of experiments on studying the effect of a local half-cylindrical slot in a hydraulically smooth flat plate on the sources of pseudo-sound fluctuations, structure of the turbulent boundary layer, its kinematical and spectral characteristics. The data of visual investigation of the vortical motion features inside the slot and above the streamlined flat surface are presented. The records by the hot-wire thermoanemometers have shown that coherent vortical systems of various scales occur inside the slot and they are periodically blown out to the boundary layer. As a result of interaction of a turbulent boundary layer, circulatory motion inside the slot and blowout of the vortical systems from it, the local regions of velocity increase and decrease occur, that characterize the processes of acceleration or deceleration the incoming stream near the cavity. In spectral dependencies of velocity fluctuations measured inside the half-cylindrical slot and near it the discrete peaks are revealed. They correspond to the rotation frequency of the large-scale vortex inside the slot, frequency of its blowout to the boundary layer, and first Rossiter shear mode of self-oscillations inside the cavity. Moving off from the slot results in weakening the interaction between the boundary layer and power-intensive pseudo-sound sources of the flow noise generated by vortical motion inside the cavity, that leads to restoring the turbulent boundary layer.