Автоколебания струи, натекающей на клин. Механизм возникновения обратной связи

Abstract

Шляхом безпосереднього числового розв’язання нестацiонарної системи рiвнянь Нав’є – Стокса розв’язано задачу про натiкання затопленого струменя, сформованого вузьким каналом (соплом), на гострий жорсткий клин. Отримано данi про залежностi полiв завихреностi та полiв тиску вiд часу протягом перехiдного процесу i процесу сталих автоколивань струменя. Встановлено, що протягом перехiдного процесу роль гiдродинамiчного каналу зворотного зв’язку вiдiграють вихровi утворення, що виникли в момент початкового натiкання променя на клин i рухаються проти течiї променя. У процесi сталих автоколивань гiдродинамiчний канал зворотного зв’язку формується за рахунок рiзницi тискiв на гранях клина i перiодичної змiни їх знака, що викликає перiодичний потiк середовища з однiєї гранi клина на iншу i, як наслiдок, перiодичнi поперечнi вiдхилення струменя. Порiвняння теоретично оцiненої частоти автоколивань струменя з експериментальним значенням показує їхнiй збiг з графiчною точнiстю.

By directly finding a numerical solution of a nonstationary system of Navier – Stokes equations, we solve the problem of a sunken stream formed by a narrow channel, a nozzle, flowing over a sharp and rigil wedge. We obtained data on time dependence of vortex fields and pressure fields in the courses of a transient process and the process of stationary self-induced oscillations in the stream. We found that, in a transient process, a role of hydrodynamic feedback channels is played by vortex formations that are generated at the moment when the stream meets the wedge and moving against the stream flow. During the process of self-induced oscillations, the hydrodynamic feedback channel is formed by a pressure difference at the wedge faces and its periodic change of sing. This causes a periodic flow of the medium from one face of the wedge to another, which induces periodic transverse deflection of the stream. A comparison of a theoretical estimate for the frequency of self-induced oscillations of the stream with its experimentally obtained value shows their coincidence with graphical accuracy.