Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА РАЗВИТИЯ ВОЗМУЩЕНИИ МАЛОЙ АМПЛИТУДЫ В ТЕЧЕНИИ ПУАЗЕЙЛЯ 30
1.1 Экспериментальная установка 30
1.2 Введение искусственных возмущений 32
1.3 Приборы и оборудование 34
1.4 Среднее течение 36
1.5 Развитие возмущений малой амплитуды 36
1.6 Анализ погрешности измерения экспериментальных данных 42
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЯВЛЕНИЙ ПРИ ПЕРЕХОДЕ К ТУРБУЛЕНТНОСТИ В ТЕЧЕНИИ ПУАЗЕЙЛЯ 51
2.1 Развитие возмущений конечной амплитуды в течении Пуазейля 51
2.1.1 Схема эксперимента и экспериментальное оборудование 51
2.1.2 Визуализация структуры течения 53
2.1.3 Переход к трёхмерности в потоке 55
2.1.4 Особенности развития возмущений большой амплитуды 68
2.2 Резонансное взаимодействие возмущений в плоском течении Пуазейля 68
2.2.1 Экспериментальное оборудование 70
2.2.2 Взаимодействие возмущений 71
2.2.3 Фазовые измерения 76
2.2.4 Визуализация трёхмерных структур в потоке 76
ГЛАВА III. ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ВОЗМУЩЕНИЙ В ОТОРВАВШЕМСЯ ТЕЧЕНИИ ПУАЗЕЙЛЯ ЗА УСТУПОМ 83
3.1 Схема эксперимента и экспериментальное оборудование 83
3.2 Исследование естественного перехода в оторвавшемся течении Пуазейля 85
3.3 Устойчивость течения с отрывом к малым возмущениям 91
3.4 Воздействие акустических возмущений на отрыв 99
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
- Экспериментальная установка
- Развитие возмущений конечной амплитуды в течении Пуазейля
- Схема эксперимента и экспериментальное оборудование
Экспериментальная установка
Установка представляла из себя прямоугольный канал, выполненный из органического стекла толщиной 10 мм. Размеры канала: длина - 4.5 м, ширина - 15 мм и высота - 400 мм. Величина шероховатостей стенок канала не превышала 0.01 мкм.
Канал устанавливался в закрытую рабочую часть малотурбулентной аэродинамической трубы Т-324 ИТПМ СО АН СССР (рисі), у которой степень турбулентности потока в рабочей части не превышала уровня 0.04 %. Воздух втекал внутрь канала через входной конфу-зор, испытывая большое поджатие (в 26.7 раза). Благодаря всем вышеперечисленным мерам удалось получить течение внутри канала, степень турбулентности которого не превышала 0.1%. Такое конструктивное решение позволило избавиться от детурбулизирующих сеток на входе в конфузор и предотвратить течение в канале от периодических искажений потока, вносимых этими сетками. Такие искажения наблюдались в работе [22] и, по мнению авторов, влияли на распределение интенсивности возмущений в трансверсальном направлении на поздних стадиях перехода к турбулентности. Кроме этого недостатка, установка, использовавшаяся в [22] , имела автономный электродвигатель с вентилятором для создания потока воздуха внутри канала. Вентилятор вносил в поток синусоидальные возмущения с частотой 715 Гц. Наличие в течении искусственных возмущений такой частоты должны сильно искажать процесс нелинейного взаимодействия кратных гармоник и заполнения высокочастотной части спектра на поздних стадиях перехода. Таким образом, установка, использовавшаяся в настоящей работе, позволяла проводить эксперимента в более "чистых" условиях, чем в работе [22].
В середине одной из стенок канала была прорезана щель шириной 3 мм и длиной 185 мм, через которую в поток вводился датчик термоанемометра. Для предотвращения утечки воздуха щель прикрывалась скользящей линейкой. Глубина технологических уступов в районе щели не превышала 0,2мм, что составляет 1,3% ширины канала, поэтому поток в этом месте не претерпевал существенных искажений .
Развитие возмущений конечной амплитуды в течении Пуазейля
Течение в канале, исследовалось на установке, описанной в предыдущей главе. Схема установки представлена на рис.12. Искусственные возмущения большой амплитуды вводились в поток по всей высоте с помощью металлической ленточки толщиной 0.05 мм и шириной 3 мм, удалённой от входа в канал на X =3600 мм. Ленточка помещалась в постоянное магнитное поле около одной из стенок канала на расстоянии У=0.85 мм. Через неё пропускался переменный ток с частотой, задаваемой генератором синусоидальных сигналов ГЗ-34. Частота контролировалась частотомером ЧЗ-34А.
Как было показано в предыдущей главе, при отсутствии возмущений в канале реализовывалось течение Цуазейля во всей области измерений. Измерения пульсационной составляющей скорости производились при помощи термоанемометрической аппаратуры фирмы "DISA" С основным блоком типа 55D0I и линеаризатором 55PI0. Вол-ластоновский датчик термоанемометра с платиновой нитью диаметром 2 мкм и длиной I мм перемещался с помощью координатного устройства по оси X с точностью 0,1 мм, по оси У - 0,01 мм и по оси Z - 0,1 мм. Спектральные измерения проводились при помощи анализатора спектра фирмы "ROHDE ШГО SCHWARZ " типа FAT-I", имеющего узкую полосу пропускания - 4 Гц и двухкоординатного самописца типа "ЕЇГОІМ".
Как было показано в предыдущей главе, при отсутствии возмущений в канале реализовывалось течение Пуазейля во всей области измерений.
Термоанемометр, несмотря на высокую точность измерения и хорошее пространственное и временное разрешение, обладает одним существенным недостатком: он измеряет параметры в определённой точке потока. Получить мгновенную картину течения даже с помощью набора многоканальных термоанемометров зачастую просто невозможно. В данных экспериментах для выявления механизмов трёхмерного искажения искусственно вводимых плоских возмущений использовался метод визуализации, позволяющий получить качественную информацию об этих механизмах.
Схема эксперимента и экспериментальное оборудование
Для исследования отрыва за уступом [119],[120] был применён тот же прямоугольный канал из оргстекла с размерами: длина -4м; ширина - 15 мм; высота - 400 мм. На расстоянии X =3м от входа в канал располагался уступ, на котором ширина канала увеличивалась в 2 раза (рис.31). Канал устанавливался в рабочую часть малотурбулентной аэродинамической трубы Т-324 ИТПМ СО АН СССР.
Поле течения изучалось с помощью термоанемометра. С помощью координатного устройства датчик термоанемометра мог перемещаться вдоль потока по оси X (рис.31) с точностью 0,1мм и поперёк потока по оси У с точностью 0,01 мм. Искусственные синусоидальные возмущения заданной частоты вводились в течение Пуазейля с помощью вибрирующей ленточки. Ленточка помещалась в постоянное магнитное поле на расстоянии 100 мм от уступа вверх по потоку и 0,3 мм от стенки канала. Через неё пропускался переменный ток с частотой, задаваемой звуковым генератором ГЗ-34.
Для введения в поток звуковых возмущений нужной интенсивности служила акустическая система на базе динамического громкоговорителя 2А9, которая устанавливалась в диффузоре аэродинамической трубы в 10 метрах вниз по потоку. Уровень акустического фона внутри канала в районе уступа контролировался измерительным микрофоном MK-I02 в комплекте с шумомером S1 -202. На акустическую систему подавался синусоидальный сигнал заданной частоты от звукового генератора ГЗ-34. Частота сигнала контролировалась частотомером ЧЗ-34А. Средняя скорость течения измерялась термоанемометром с помощью цифрового интегрирующего вольтметра B7-I6. Величина переменного напряжения, пропорциональная пульсационной составляющей скорости, измерялась среднеквадратичным вольтметром 55D35 и анализатором спектра FAT-I в узкой полосе 4 Гц. Для визуального контроля формы пульсаций и фазовых измерений применялся двухлучевой осциллограф CI-I8. Степень турбулентности в канале при такой схеме эксперимента не повышалась и составляла перед уступом 0,1%. Данные эксперименты в основном проводились при числе Рейнольдса, равном 1630.
В диапазоне чисел Рейнольдса от 500 до 3500 в непосредственной близости от уступа на Х-Хо=-10мм измерения профилей средней скорости показали, что в канале реализуется течение Пуазейля, которое затем отрывается. Спектральный состав возмущений в потоке на Х-Х =-5 мм в районе критического слоя представлен на рис.32.
