Вихроутворення усередині поперечно обтічної овальної лунки

Abstract

У роботі наведені результати експериментальних досліджень структури вихрового руху усередині поперечно обтічної овальної лунки на гідравлічно гладкій плоскій поверхні. За допомогою візуалізації течії контрастними барвниками та водорозчинними покриттями визначені особливості формування і еволюції когерентних великомасштабних і дрібномасштабних вихрових структур усередині лунки. Для чисел Рейнольдса, розрахованих по діаметру лунки і швидкості течії, менших, ніж 4000, усередині овальної лунки не генеруються великомасштабні вихори, а спостерігається неінтенсивне низькочастотне коливання рідини, що заповнює лунку. Для чисел Рейнольдса порядку 10000 усередині лунки формуються комірчасті квазистійкі великомасштабні вихрові структури, які викидаються над кормовою стінкою лунки у її сферичних частинах і в серединному перетині. Для розвинутої турбулентної течії (число Рейнольдса більше 20000) у лунці генерується веретеноподібна вихрова структура, яка притискається до передньої придонної частини лунки. Над кормовою стінкою лунки спостерігається хаотичний викид дрібномасштабних вихорів, які утворюються при відриві верхніх частин веретеноподібного вихору (поблизу зсувного шару) у вигляді вихрової пелени.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований структуры вихревого движения внутри поперечно обтекаемой овальной лунки на гидравлически гладкой плоской поверхности. С помощью визуализации течения контрастными красителями и водорастворимыми покрытиями определены особенности формирования и эволюции когерентных крупномасштабных и мелкомасштабных вихревых структур внутри лунки. Для чисел Рейнольдса, рассчитанных по диаметру лунки и скорости течения, меньших, чем 4000, внутри овальной лунки не генерируются крупномасштабные вихри, а наблюдается неинтенсивное низкочастотное колебание жидкости, заполняющей лунку. Для чисел Рейнольдса порядка 10000 внутри лунки формируются ячеистые квазиустойчивые крупномасштабные вихревые структуры, выбрасывающиеся над кормовой стенкой лунки в ее сферических частях и в срединном сечении. Для развитого турбулентного течения (число Рейнольдса больше 20000) в лунке генерируется веретенообразная вихревая структура, которая прижимается к передней придонной части лунки. Над кормовой стенкой лунки наблюдается хаотический выброс мелкомасштабных вихрей, образующихся при отрыве верхних частей веретенообразного вихря (вблизи сдвигового слоя) в виде вихревой пелены.

In the paper the results of experimental researches of the vortex structure inside the cross-streamlined oval dimple on a hydraulically smooth flat surface are presented. By means of flow visualization by the contrasting dyes and water soluble coatings the features of forming and evolution of coherent large-scale and small-scale vortical structures are certain inside the dimple. For the Reynolds numbers, expected on the diameter of the dimple and flow velocity, less, than 4000, the large-scale vortices are not generated inside the oval dimple, and there is nonintensive low-frequency oscillation of liquid, filling the dimple. For the Reynolds numbers about 10000 the cellular quasistable large-scale vortical structures are formed inside the dimple, which are ejected above an aft dimple wall in its spherical parts and in a middle section. For the developed turbulent flow (Reynolds number more than 20000) a spindle form vortical structure is generated in the dimple which is pressed to the front bottom part of the dimple. Above an aft dimple wall there is the chaotic ejection of small-scale vortices, appearing at separation of top parts of the spindleform vortex (near-by a shear layer) as a vortex sheet.