Локальный переход к турбулентности за препятствием в канале. Численное моделирование и эксперимент.

29 Ноября 2016

Докладчик: Мазо Александр Бенцианович (КФУ) , abmazo1956@gmail.com

Тезисы доклада "Локальный переход к турбулентности за препятствием в канале. Численное моделирование и эксперимент."

Проведено исследование течения в канале с препятствиями цилиндрической формы, установленных с целью локальной турбулизации потока при малых числах Рейнольдса, вычисленных по характерному размеру препятствия, и находящихся в диапазоне от 135 до 400. Номинально ламинарный режим течения, возникающий в канале, целиком обусловлен наличием препятствия. Рассмотрено два вида препятствий: цилиндрическое, находящееся на некотором удалении от нижней стенки канала, и полуцилиндрическое, находящееся непосредственно на нижней стенке. Исследование данного течения выполнено как экспериментальным путем, так и с использованием прямого численного моделирования в пакете Ansys Fluent. Обработка результатов эксперимента проведена с помощью оригинальной методики SIV. Получено хорошее согласование результатов расчета и эксперимента: эпюр продольной скорости, эпюр моментов второго порядка, частоты вихреобразования, размеров рециркуляционных зон.

Течения в каналах с препятствиями обеих форм визуально схожи: для них характерно образование вихревых структур в среднем следе за препятствием, с последующим перемещением вниз по потоку, сопровождающимся их распадом на более мелкие структуры. При этом происходит локальная турбулизация потока, о которой свидетельствуют поля турбулентных напряжений Рейнольдса, наполнение спектров и характерное для ЛТП немонотонное поведение зависимости коэффициента сопротивления от числа Рейнольдса. Однако, механизмы перехода к турбулентности для этих течений различны. Показано, что в случае полуцилиндрического препятствия переход обусловлен взаимодействием парных угловых вихрей, образующихся у боковых стенок канала. Начало перехода соответствует достижению вихрями размера, равного половине ширине канала. В случае цилиндрического препятствия в следе за цилиндром образуется ассиметричная вихревая дорожка Кармана, которая теряет устойчивость в поперечном направлении, о чем свидетельствуют локальные максимумы в эпюрах поперечной скорости течения. Ближний след для обоих препятствий всегда остается ламинарным, а возникшие пульсации затухают в дальнем следе.