Бифуркация вихревого течения внутри сферической лунки в узком канале

Abstract

Представлены результаты численного и физического моделирования структуры вихревого течения, которое формируется внутри глубокой сферической лунки в узком гидродинамическом канале. Приведены результаты расчетов течения методами URANS, LES и POD анализа. Показаны визуальные особенности вихревого течения и указаны режимы, при которых внутри сферической лунки генерируются симметричные и асимметричные крупномасштабные вихри. Представлены результаты исследований поля пульсаций пристеночного давления внутри лунки, измеренные миниатюрными пьезокерамическими и пьезорезистивными датчиками, и обнаружены противофазные колебания поля давления в местах формирования и выбросов вихревых систем наружу из лунки. Приведена структура, местоположение и масштабы вихревых систем внутри лунки для ламинарного и турбулентного режимов течения. Установлено в численных исследованиях и экспериментально, что при турбулентном обтекании глубокой сферической лунки в ней формируются асимметричные наклонные вихри, квазипериодически переключающиеся из одной части лунки в другую. Угол выброса асимметричных крупномасштабных вихрей наружу из лунки с ростом числа Рейнольдса увеличивается и составляет ±45° для Red=40000 и ±60° для Red=60000.

Наведено результати чисельного та фізичного моделювання структури вихрової течії, яка формується усередині глибокої сферичної лунки у вузькому гідродинамічному каналі. Приведено результати розрахунків течії методами URANS, LES і POD аналізу. Показані візуальні особливості вихрової течії і вказані режими, при яких усередині сферичної лунки генеруються симетричні та асиметричні великомасштабні вихори. Представлено результати досліджень поля пульсацій пристінного тиску усередині лунки, які вимірювалися мініатюрними п'єзокерамічними та п'єзорезистивними датчиками, і виявлено протифазні коливання поля тиску у місцях формування та викиду вихрових систем назовні із лунки. Приведена структура, місцезнаходження і масштаби вихрових систем усередині лунки для ламінарного та турбулентного режимів течії. Встановлено в чисельних дослідженнях і експериментально, що при турбулентному обтіканні глибокої сферичної лунки у ній формуються асиметричні нахилені вихори, які квазиперіодично перемикаються із одної частини лунки у іншу. Кут викиду асиметричних великомасштабних вихорів назовні із лунки при збільшені числа Рейнольду збільшується і складає ±45° для Red=40000 та ±60° для Red=60000.

ENGThe numerical and physical simulation results of the vortex flow structure which is formed inside a deep spherical dimple in a narrow hydrodynamic channel are presented. The results of flow calculations by the methods of URANS, LES and POD analyze are shown. The visual features of vortex flow are demonstrated and the regimes at which symmetric and asymmetric large-scale vortices are generated inside a spherical dimple are indicated. The research results of the wall-pressure fluctuation field inside the dimple, measured miniature piezoceramic and piezoresistive sensors, are presented, and it is found out the antiphased vibrations of the pressure field in the places of forming and break up of the vortex systems outside from the dimple. A structure, location and scales of the vortex systems inside the dimple for the laminar and turbulent regimes of flow are resulted. It is set, both in numeral researches and experimentally, that at the turbulent flow around of deep spherical dimple asymmetric inclined vortices are formed in it, which quasiperiodic are switched from one part of the dimple in other. Break up angle of the asymmetric large-scale vortices outside from the dimple is increased with growth of Reynolds number and makes ±45° for Red=40000 and ±60° for Red=60000.