Визуализация ламинарного обтекания овального углубления

Abstract

В работе представлены результаты экспериментальных исследований формирования вихревого течения внутри овальной лунки, расположенной на плоской поверхности, для ламинарного режима ее обтекания различными методами визуализации потока. Определены оптимальные параметры асимметричной овальной лунки с точки зрения наибольшей теплогидравлической эффективности и формирования устойчивых вихревых структур в ее следе, а именно: длина цилиндрической вставки равна диаметру сферического сегмента и угол расположения лунки 60° относительно направления набегающего потока. При оптимальной конфигурации лунки в ней формируется устойчивая крупномасштабная когерентная веретенообразная вихревая структура. Веретенообразный вихрь, совершая колебательное движение, то присоединяется ко дну кормовой сферической части лунки, то выбрасывается из нее. При выбросе веретенообразный вихрь принимает форму торнадообразного вихря, фокус которого находится на передней по потоку сферической стенке лунки, а сток периодически выбрасывается в пограничный слой позади кормовой сферической части лунки, формируя продольную когерентную вихревую структуру. Наиболее интенсивно выброс вихревых структур при α=60° наблюдается в срединной цилиндрической части овальной лунки, что обуславливает появление в ближнем следе этой части лунки максимальных уровней касательных напряжений.

У роботi представленi результати експериментальних дослiджень формування вихрової течiї усерединi овальної лунки, розташованої на плоскiй поверхнi, для ламинарного режиму її обтiкання рiзними методами вiзуалiзацiї потоку. Визначенi оптимальнi параметри асиметричної овальної лунки з погляду найбiльшої теплогiдравлiчної ефективностi i формування стiйких вихрових структур в її слiдi, а саме: довжина цилiндрової вставки дорiвнює дiаметру сферичного сегменту i кут розташування лунки 60° щодо напряму потоку. При оптимальнiй конфiгурацiї лунки в нiй формується стiйка великомасштабна когерентна веретеноподiбна вихрова структура. Веретеноподiбний вихор, здiйснюючи коливальний рух, то приєднується до дна кормової сферичної частини лунки, то викидається з неї. При викидi веретеноподiбний вихор приймає форму торнадоподiбного вихору, фокус якого знаходиться на переднiй по потоку сферичнiй стiнцi лунки, а стiк перiодично викидається в прикордонний шар позаду кормової сферичної частини лунки, формуючи поздовжню когерентну вихрову структуру. Найiнтенсивнiше викид вихрових структур при α=60° спостерiгається в серединнiй цилiндричнiй частинi овальної лунки, що обумовлює появу в ближньому слiдi цiєї частини лунки максимальних рiвнiв дотичних напруг.

In this paper the results of experimental researches of forming of vortical flow are presented into an oval dimple, located on a flat surface, for the laminar regime of its flowing around of different visualization methods of stream. The optimum parameters of asymmetric oval dimple are certain from point of most heat-hydraulic efficiency and forming of steady vortical structures in its wake, namely length of cylindrical insertion is equal to the diameter of spherical segment and corner of location of dimple of 60° in relation to direction of the stream. During optimum configuration of dimple a steady large-scale coherent fusiform vortical structure is formed in it. A fusiform vortex, accomplishing oscillation, both joins in with the bottom of forage spherical part of the dimple or break up from it. At the break up a fusiform vortex takes a form of tornado-like vortex, focus of which is on a front to streamwise spherical side of the dimple, and a flow is periodically break up in a boundary layer behind forage spherical part of the dimple, forming a longitudinal coherent vortical structure. Most strongly the break up of vortical structures at α=60° is observed in middle cylindrical part of the oval dimple, that to stipulate appearance in near wake of this part of the dimple of maximal levels of shear stresses.