Введение к работе
Актуальность темы. Традиционно используемые при расчетах турбулентных течений модели турбулентности неуниверсальны и могут приводить к значительным погрешностям. Анализ таких моделей, проведенный во-многих обзорных работах, показывает, что точность описания ими различных течений не,превышает 20-20$, а в ряде случаев погрешности достигают 50-100$ и больше. Это связано с неточностью и неуниверсальностью различных гипотез, используемых при построении таких моделей. Сюда относятся предположения о малости отклонений от изотропии, о градиентном характере процессов переноса, об авгомодельности энергетического спектра и т.п.
Медцу тем, основные процессы переноса вещества, импульса, энергии происходят за счет «Флуктуации скорости, размер которых сопоставим с размерами всего течения. Эти флуктуации сохраняются продолжительное время, структура их неуниверсальна, они зависят от начальных и граничных условий. Изучение таких флуктуации, называемых в дальнейшем крупномасштабными (когерентными) структурами, активно ведется последние 15-20 лет. Вместе с тем, на современном уровне знаний отсутствует даже четкое определение крупномасштабных структур, и неясно, как выделить их экспериментально.
Поэтому первая цель данной работы состояла в том, чтобы разработать, обосновать и использовать единый количественный метод выделения крупномасштабных структур в разных течениях и сравнить особенности этих структур.
В последнее время в литературе появились многочисленные экспериментальные данные, указывающие,что
крупномасштабные (їілуктуаши скорости описываются линеаризированными уравнениями Эйлера. Поэтому вторая цель работы заключалась в той, чтобы сравнить получаемые из эксперимента формы возмущений с наиболее неустойчивыми решениями линеаризированных уравнений Зйлера.
Научная новизна. Установлено, что крупномасштабные структуры описываются в развитых турбулентных течениях при больших числах Рейнольдса всего тремя модами, имеющими достаточно простой и универсальный вид. Для течения в плоском следе за цилиндром показано, что трехмерная задача поиска крупномасштабных структур сводится к одномерной. В свободных турбулентных течениях - плоских и осесимметричном следах, в слоях смешения, в плоской и пристеночной струях -получены формы и энергии наиболее крупномасштабных образований.
Показано, что определяющие перенос моды качественно хорошо совпадают с формами неустойчивых собственных решений линеаризированных уравнений Эйлера.
Найдено, что в сложных течениях, состоящих из нескольких перечисленных выше, крупномасштабные структуры слабо взаимодействуют друг с другом.
Практическая значимость.Результаты. изложенные в диссертации, могут служить основой для разработки моделей турбулентности, учитывающих нелокальные эффекты, а также могут способствовать построению нелинейной теории устойчивости.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на V Всесоюзном,съезде по теоретической и прикладной механике (Алма-Ата, 1981), на Всесоюзных семинарах по турбулентности и струйным течениям под руководством Г.Н.Абрамовича ( Москва, Ї98Ї, Ї986), на Всесоюзной конференции по проблемам
турбулентных течений под руководством академика В.В. Струминского (Жданов, 1984),на XI и XII отраслевых научных конференциях молодых ученых и специалистов ЦИМ (Москва, 1986, 1988), на семинаре по газовой динамике и численным методам под руководством академика Т.Г.Черного (Москва, Ї989) и опубликованы в работах [I - 5].
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из Ї0Ї наименования. Текст изложен на 77 стр., приложения содержат % рис.