Спряжене обтiкання трирядного пального ростверку на пласкiй поверхнi. Частина 1. Формування пiдковоподiбних вихорiв

Abstract

Представлены результаты экспериментальных исследований по изучению генерации и развития подковообразных и следовых вихрей, которые обусловлены взаимодействием набегающего потока с трехрядным свайным ростверком, установленным на плоскую жесткую поверхность. Для проведения экспериментов разработан и создан измерительный комплекс, система обработки и анализа данных. Изготовлены миниатюрные термисторные датчики скорости и пьезорезистивные датчики скоростного напора. Проведены визуальные измерения структуры вихревого потока в области сопряжения ростверка и плоской пластины посредством красящих веществ и смываемых контрастных покрытий. Измерения скорости переноса вихревых структур вблизи моделей мостовых опор производилось термисторными датчиками, находящимися в корреляционном блоке, что позволило определить не только скорость, но и направление движения крупномасштабных когерентных вихрей в сопряженных течениях. Установлены источники локального и глобального размыва грунта перед групповой опорой. Ими стали подковообразные и следовые вихри, а также боковые течения между цилиндрическими сваями. Интенсивность подковообразных вихрей и касательных напряжений на стенке увеличивается в носовой и кормовой частях трехрядного ростверка. Группирование опор и боковые течения приводят к нарушению периодичности появления вертикальных торнадо подобных следовых вихрей позади обтекаемых конструкций. Наибольшие касательные напряжения наблюдаются перед передними опорами и между первой и второй боковыми опорами трехрядного ростверка.

Наведено результати експериментальних дослiджень з вивчення генерацiї та розвитку пiдковоподiбних i слiдових вихорiв, якi обумовленi взаємодiєю потоку, що натiкає, з трирядним пальним ростверком, що встановлено на пласкiй жорсткiй поверхнi. Для проведення дослiдiв розроблено та створено вимiрювальний комплекс, систему обробки та аналiзу даних. Виготовленi мiнiатюрнi термiсторнi датчики швидкостi та п'єзорезистивнi датчики швидкiсного натиску. Проведено вiзуальнi вимiрювання структури вихрового потоку в областi спряження ростверку i пласкої пластини за допомогою фарб та контрастного покриття, що змиваються водою. Вимiрювання швидкостi переносу вихрових структур поблизу моделей мостових опор здiйснювалось термiсторними датчиками, якi знаходились у кореляцiйному блоцi. Це дозволило знайти не тiльки швидкiсть, але й напрямок руху великомасштабних когерентних вихорiв у спряжених течiях. Встановлено джерела локального та глобального розмиву грунту перед груповою опорою. Ними стали пiдковоподiбнi та слiдовi вихори, а також бiчна течiя мiж цилiндричними палями. Iнтенсивнiсть пiдковоподiбних вихорiв i зсувних напруг на стiнцi збiльшується в носовiй та кормовiй частинах трирядного ростверку. Групування опор та бiчнi течiї призводять до порушення перiодичностi появи вертикальних торнадо подiбних слiдових вихорiв позаду обтiчних конструкцiй. Найбiльшi зсувнi напруги спостерiгаються перед переднiми опорами та мiж першою i другою боковими опорами трирядного ростверку.

The experimental research results on the study of generation and development of horseshoe and wake vortices, which are conditioned by interaction of stream with the three-row pile grillage, established on a flat rigid surface, are represented in this work. For carrying out of experiments the measuring complex, processing and the analysis data system is developed and created. The miniature thermistor velocity sensors and piezoresistive velocity head sensors are made. Visual measurements of the vortex flow structure are carried out in the junction region of a grillage and a flat plate by means of dye-stuffs and washed off contrast coatings. The convective velocity measurements of vortical structures near to bridge pair models was made by the thermistor sensors which are taking place in the correlation block that has allowed to determine not only velocity, but also a movement direction of the large-scale coherent vortices in the junction flows. Local and global sources of a bed scours before a complex pair are established. That is the horseshoe and wake vortices and also lateral currents between cylindrical piles. Intensity of the horseshoe vortices and wall shear stresses increases in front and rear regions of the three-row grillage. Group piles and lateral currents result in aperiodicity of the vertical tornado-similar wake vortices behind the streamlined constructions. The greatest shear stresses are observed before forward piles and between the first and second lateral piles of the three-row grillage.