Експериментальне дослідження пристінного тиску в трубі за циліндричною вставкою з ексцентриситетом

Abstract

Вивчено поле пульсацій пристінного тиску в трубі за циліндричною вставкою з ексцентриситетом. Виявлено різке зростання тиску в скінченній області за вставкою й наявність чіткого максимуму перед точкою приєднання відривної течії. Отримані наближені оцінки для відстані від осесиметричної вставки до точки максимуму тиску та значення самого тиску в цій точці. Вивчення поведінки частотного спектра поля тиску дозволило виявити в ньому низькочастотні максимуми. Вони складають основну відмінність досліджуваного спектра від спектра пульсацій пристінного тиску у повністю розвиненій турбулентній течії в трубі. Встановлено, що ці максимуми визначаються відповідними великомасштабними вихорами у регіонах відривної та приєднаної течії, а їхні частоти - характерними частотами формування цих вихорів. Дослідження впливу величини ексцентриситету вставки на статистичні характеристики поля тиску показало, що зміна ексцентриситету впливає на частотний спектр сильніше, ніж на середньоквадратичний тиск.

Изучено поле пульсаций пристенного давления в трубе за цилиндрической вставкой с эксцентриситетом. Выявлены резкий рост давления в конечной области за вставкой и наличие четкого максимума перед точкой присоединения отрывного течения. Получены приближенные оценки для расстояния от осесимметрической вставки до точки максимума давления и значения самого давления в этой точке. Изучение поведения частотного спектра поля давления позволило выявить в нем низкочастотные максимумы. Они составляют основное отличие исследуемого спектра от спектра пульсаций пристенного давления в полностью развитом турбулентном течении в трубе. Установлено, что эти максимумы определяются соответствующими крупномасштабными вихрями в регионах отрывного и присоединенного течения, а их частоты - характерными частотами формирования этих вихрей. Исследование влияния величины эксцентриситета вставки на статистические характеристики поля давления показало, что изменение эксцентриситета влияет на частотный спектр сильнее, чем на среднеквадратичное давление.

The wall pressure fluctuations in a pipe behind a cylindrical insertion with eccentricity are studied. Sharp increase of the pressure in a finite region downstream the insertion, as well as presence of pronounced pressure maximum upstream the point of re-attachment of the separated flow were found. The approximate estimates both for distance from an axisymmetric insertion to the point of maximal pressure and the pressure magnitude at this point were obtained. The study of the wall pressure power spectrum has revealed the low-frequency maxima. Those are the main distinguishing feature of the spectrum under investigation, when comparing to the wall pressure fluctuation spectrum in a fully-developed turbulent pipe flow. These maxima were found to be determined by the appropriate large-scale vortices in regions of separated and re-attached flows, and their frequencies are close to the characteristic frequencies of the vortices formation. The study of the effect of the insertion's eccentricity on the wall pressure statistical characteristics shows that the frequency variation of the eccentricity influences the frequency spectrum stronger then the rms pressure.