Особливостi вихрового руху у спряженiй течiї мiж групою паль трирядної мостової опори

Abstract

Представлены результаты численных и экспериментальных исследований по изучению кинематики и динамики подковообразных вихревых систем, которые обусловлены взаимодействием набегающего потока с трехрядным свайным ростверком, установленным на плоскую жесткую поверхность. Разработаны алгоритмы расчетов, программное обеспечение и создан измерительный комплекс, система обработки и анализа данных. Результаты расчетов, визуальных и инструментальных измерений показали, что между сваями трехрядного ростверка возникают боковые течения, интенсивность которых наибольшая между первыми и вторыми и между предпоследними и последними боковыми сваями. Взаимодействие подковообразных вихревых систем, которые формируются вокруг свай и конструкции ростверка в целом, и следовых вихрей, генерируемых позади этих плохо обтекаемых тел, вызывает бифуркации в вихревом потоке и появление симметричных и асимметричных вихревых структур, которые конвектируют вниз по потоку в зазорах между сваями. Определены осредненные и пульсационные скорости вблизи обтекаемых свайных конструкций, масштабы и местоположение формирования и развития когерентных вихревых структур и их кинематические и динамические характеристики. Установлено, что крупномасштабная когерентная подковообразная вихревая система, формируемая вблизи второй боковой сваи трехрядного ростверка, имеет больший размер и частоту вращения, чем квазиустойчивая подковообразная вихревая система, существующая перед первой центральной сваей. Она имеет эквивалентный диаметр приблизительно 0.5d, частоту вращения 1.5 Гц или St=0.41 и окружную скорость близкую к 0.7U∞, а подковообразный вихрь перед первой центральной сваей имеет диаметр 0.3d, частоту вращения близкую к 1 Гц или St=0.27 и окружную скорость почти 0.56U∞.

Представленi результати чисельних i експериментальних дослiджень по вивченню кiнематики i динамiки пiдковоподiбних вихрових систем, якi обумовленi взаємодiєю потоку, що набiгає на трирядний пальний ростверк, який встановлено на плоску жорстку поверхню. Розроблено алгоритми розрахункiв, програмне забезпечення i створено вимiрювальний комплекс, систему обробки i аналiзу даних. Результати розрахункiв, вiзуальних i iнструментальних вимiрювань показали, що мiж палями трирядного ростверку виникають бiчнi течiї, iнтенсивнiсть яких є найбiльшою мiж першими i другими i мiж передостаннiми i останнiми бiчними палями. Взаємодiя пiдковоподiбних вихрових систем, якi формуються навколо паль i конструкцiї ростверку в цiлому, i слiдових вихорiв, що генеруються позаду цих погано обтiчних тiл, викликає бiфуркацiї у вихровому потоцi i появу симетричних i асиметричних вихрових структур, якi конвектують вниз за потоком у зазорах мiж палями. Визначено осередненi та пульсацiйнi швидкостi поблизу обтiчних пальних конструкцiй, масштаби i мiсцеположення формування i розвитку когерентних вихрових структур i їхнi кiнематичнi i динамiчнi характеристики. Встановлено, що великомасштабна когерентна пiдковоподiбна вихрова система, що формується поблизу другої бiчної палi трирядного ростверку, має бiльший розмiр i частоту обертання, нiж квазистiйка пiдковоподiбна вихрова система, що iснує перед першою центральною палею. Вона має еквiвалентний дiаметр приблизно 0.5d, частоту обертання 1.5 Гц або St=0.41 i колову швидкiсть близьку до 0.7U∞, а пiдковоподiбний вихор перед першою центральною палею має дiаметр 0.3d, частоту обертання близьку до 1 Гц або St=0.27 i колову швидкiсть майже 0.56U∞.

In this paper, the results of numeral and experimental researches dealing with the kinematics and dynamics of the horseshoe vortical systems, which are conditioned by interaction of stream with a three-row pile grillage established on a flat rigid surface are presented. The calculation algorithms and software were developed and the measuring complex, system of processing and the analysis of data were created. Numerical, visual and instrumental results shown that there are lateral flows between the piles of three-row grillage, whose intensity is largest between the first and the second piles and between the next to last and the last lateral piles. Interaction between the horseshoe vortical systems, which are formed around the piles and grillage construction, and the wake vortices generated behind these bluff bodies causes bifurcation in the vortical flow and appearance of the symmetric and asymmetric vortical structures that are convected downstream in the gaps between piles. Both the mean and fluctuation velocities around the streamlined pile constructions, the scales and position of forming and development of the coherent vortical structures and their kinematics and dynamic characteristics are estimated. It is set that the large-scale coherent horseshoe vortical system formed near-by the second lateral pile of three-row grillage has a greater size and rotation frequency then the quasistable horseshoe vortical system, which exists before the first central pile. Its equivalent diameter is approximately 0.5d, the rotation frequency is 1.5 Hz or St=0.41 and the peripheral velocity is equal approximately to 0.7U∞, and the horseshoe vortex formed before the first central pile has diameter 0.3d, the rotation frequency 1 Hz or St=0.27 and its peripheral velocity is almost 0.56U∞.