Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною

За допомогою алгоритму швидкого перетворення Фур'є і вагової функції Ханнінга проведено спектральний аналіз пульсацій поздовжньої швидкості в примежовому шарі над обтічною пластиною, що має овальне одиночне заглиблення, яке розташоване під кутом 60° відносно напрямку потоку рідини. Встановлено,...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2016
1. Verfasser:	Степанович, В.М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут гідромеханіки НАН України 2016
Schriftenreihe:	Прикладна гідромеханіка
Schlagworte:	Науковi статтi
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116561
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною / В.М. Степанович // Прикладна гідромеханіка. — 2016. — Т. 18, № 2. — С. 69-75. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116561
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1165612025-02-23T18:03:34Z Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною Влияние овального углубления на поле скорости над пластиной Influence of an oval cavity on the velocity field over the plate Степанович, В.М. Науковi статтi За допомогою алгоритму швидкого перетворення Фур'є і вагової функції Ханнінга проведено спектральний аналіз пульсацій поздовжньої швидкості в примежовому шарі над обтічною пластиною, що має овальне одиночне заглиблення, яке розташоване під кутом 60° відносно напрямку потоку рідини. Встановлено, що вздовж усієї кормової частини овального заглиблення в області його ближнього сліду спостерігається істотне зростання високочастотних складових спектра швидкості щодо пристінної та зовнішньої областей примежового шару, який сформований над гладкою плоскою пластиною. С помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье и весовой функции Ханнинга проведен спектральный анализ пульсаций продольной скорости в пограничном слое над обтекаемой пластиной, которая имеет овальное одиночное углубление, расположенное под углом 60° относительно направления потока жидкости. Установлено, что вдоль всей кормовой части овального углубления в области его ближнего следа наблюдается существенный рост высокочастотных составляющих спектра скорости в пристеночной и внешней областях пограничного слоя, который сформирован над гладкой плоской пластиной. The spectral analysis of the longitudinal velocity fluctuations in the boundary layer over the streamlined plate, which has a single oval cavity positioned at an angle of 60° with respect to the fluid flow direction is carried out using the fast Fourier transform algorithm and Hanning weighting function. Over the aft part of the oval cavity, in region of its near wake the significant growth of high-frequency components of velocity fluctuation spectra is observed in the wall and external regions of the boundary layer formed over the smooth flat plate. 2016 Article Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною / В.М. Степанович // Прикладна гідромеханіка. — 2016. — Т. 18, № 2. — С. 69-75. — Бібліогр.: 21 назв. — укр. 1561-9087 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116561 532.517 uk Прикладна гідромеханіка application/pdf Інститут гідромеханіки НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Науковi статтi Науковi статтi
spellingShingle	Науковi статтi Науковi статтi Степанович, В.М. Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною Прикладна гідромеханіка
description	За допомогою алгоритму швидкого перетворення Фур'є і вагової функції Ханнінга проведено спектральний аналіз пульсацій поздовжньої швидкості в примежовому шарі над обтічною пластиною, що має овальне одиночне заглиблення, яке розташоване під кутом 60° відносно напрямку потоку рідини. Встановлено, що вздовж усієї кормової частини овального заглиблення в області його ближнього сліду спостерігається істотне зростання високочастотних складових спектра швидкості щодо пристінної та зовнішньої областей примежового шару, який сформований над гладкою плоскою пластиною.
format	Article
author	Степанович, В.М.
author_facet	Степанович, В.М.
author_sort	Степанович, В.М.
title	Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною
title_short	Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною
title_full	Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною
title_fullStr	Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною
title_full_unstemmed	Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною
title_sort	вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
publishDate	2016
topic_facet	Науковi статтi
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116561
citation_txt	Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною / В.М. Степанович // Прикладна гідромеханіка. — 2016. — Т. 18, № 2. — С. 69-75. — Бібліогр.: 21 назв. — укр.
series	Прикладна гідромеханіка
work_keys_str_mv	AT stepanovičvm vplivovalʹnogozagliblennânapolešvidkostínadplastinoû AT stepanovičvm vliânieovalʹnogouglubleniânapoleskorostinadplastinoj AT stepanovičvm influenceofanovalcavityonthevelocityfieldovertheplate
first_indexed	2025-11-24T06:13:40Z
last_indexed	2025-11-24T06:13:40Z
_version_	1849651175722319872
fulltext	ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 69 – 75 УДК 532.517 ВПЛИВ ОВАЛЬНОГО ЗАГЛИБЛЕННЯ НА ПОЛЕ ШВИДКОСТI НАД ПЛАСТИНОЮ В. М. СТЕ П А НО В И Ч Iнститут гiдромеханiки НАН України, Київ вул. Желябова, 8/4, 03680, МСП, Київ-180, Україна E-mail: stepanovitchvadim@yandex.ua Одержано 31.03.2016 Проведено спектральний аналiз пульсацiй поздовжньої швидкостi в примежовому шарi над обтiчною пластиною, що має овальне одиночне заглиблення, яке розташоване пiд кутом 60 ◦ вiдносно напрямку потоку рiдини, за допо- могою алгоритму швидкого перетворення Фур‘є i вагової функцiї Ханнiнга. Установлено, що вздовж всiєї кормової частини овального заглиблення в областi його ближнього слiду спостерiгається iстотне зростання високочастотних складових спектра швидкостi щодо пристiнної та зовнiшньої областей примежового шару, який сформований над гладкою плоскою пластиною. КЛЮЧОВI СЛОВА: овальне заглиблення, плiвковий термоанемометр, пульсацiї швидкостi, вихрова структура Проведен спектральный анализ пульсаций продольной скорости в пограничном слое над обтекаемой пластиной, которая имеет овальное одиночное углубление, расположенное под углом 60 ◦ относительно направления потока жидкости, с помощью алгоритма быстрого преобразования Фурье и весовой функции Ханнинга. Установлено, что вдоль всей кормовой части овального углубления в области его ближнего следа наблюдается существенный рост высокочастотных составляющих спектра скорости в пристеночной и внешней областях пограничного слоя, который сформирован над гладкой плоской пластиной. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: овальное углубление, пленочный термоанемометр, пульсации скорости, вихревая структура Spectral analysis of longitudinal velocity fluctuations in the boundary layer over the streamlined plate, which has a single oval cavity positioned at an angle of 60 ◦ with respect to the fluid flow direction, using the fast Fourier transform algorithm and Hanning weighting function, was carried out. It is found that along the aft oval cavity in the region of its near wake is observed significant growth of high-frequency components of velocity fluctuation spectra in wall and external regions of the boundary layer which is formed on a smooth flat plate. KEY WORDS: oval cavity, film anemometer, velocity fluctuations, vortex structure ВСТУП Течiї за рiзного роду перешкодами (зокрема за- глибленнями) випадкового походження зустрiча- ються на практицi, але найбiльш часто поодинокi заглиблення та лунковi поверхнi, спецiально зроб- ленi на обтiчнiй поверхнi, використовуються пiд час вирiшення задач теплообмiну, управлiння при- межовим шаром та iн. Наявнiсть на поверхнi обтi- чного тiла перешкоди призводить до iстотної змi- ни структури течiї, яке характеризується тим, що за певних умов обтiкання утворюються вiдривнi областi та формуються зони зворотньої течiї з пiд- вищеними рiвнями пульсацiї швидкостi i тиску [1- 3]. Тому пiдвищений iнтерес до заглиблень (лу- нок), який проявлений в останнi роки, обумовле- ний їхнiми своєрiдними гiдродинамiчними власти- востями, такими як низькi гiдравлiчнi втрати, най- кращi теплогiдравлiчнi характеристики, нестацiо- нарнi флуктуацiї всерединi заглиблень i за ними, "гра вихорiв"близько обтiчної поверхнi з числен- ними заглибленнями [4-7]. Протягом останнiх ро- кiв досягнуто значного прогресу у вивченнi тепло- обмiну та гiдродинамiки в околi поверхневих за- глиблень рiзної форми [8-10]. Заглиблення мають унiкальнi гiдродинамiчнi властивостi, такi як низький гiдравлiчний опiр, вiдносно виступiв еквiвалентної обтiчної площi, перевищення теплообмiну над збiльшенням гi- дравлiчного опoру (порушення аналогiї Рейнольд- са), що є недосяжним для всiх iнших iнтенсифi- каторiв теплообмiну, нестацiонарнi флуктуацiї по- току за заглибленням [11-15]. Цi властивостi ши- роко використовуються як при вдосконаленнi рiз- них термогазодинамiчних процесiв, так i при роз- робцi нових вихрових технологiй термодинамiки. Через складнiсть явища обтiкання лункових по- верхонь, на яке, окрiм швидкостi потоку, впли- вають такi фактори [16-19], як розмiр заглибле- ння та його геометрiя, закруглення кромок, ха- рактер i товщина примежового шару на входi у заглиблення, розмiр каналу, результати багаточи- сельних дослiджень часто бувають суперечливими та потребують кропiтких i виснажливих науково- дослiдних робiт. Проблема визначення просторово-часових хара- c© В. М. Степанович, 2016 69 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 69 – 75 Рис. 1. Нахилена овальна лунка на обтiчнiй поверхнi пластини ктеристик когерентних структур, полiв швидкостi та тиску в локальних лункових генераторах ви- хорiв, iдентифiкацiї вихрових структур, вивчення механiзмiв їх генерацiї та еволюцiї актуальнi не тiльки в фундаментальних дослiдженнях, але й на практицi пiд час створення сучасних транспорт- них засобiв та енергозберiгаючих технологiй [3, 5, 20, 21]. Метою дослiдження є визначення впливу оваль- ного заглиблення, розташованого пiд кутом 60 градусiв до напрямку течiї, на поле швидкостi та на вихровi структури примежового шару, що утво- рюється над пластиною з заглибленням. 1. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИЙ СТЕНД I МЕТОДИКА ДОСЛIДЖЕНЬ Експериментальнi дослiдження впливу оваль- них заглиблень на поле швидкостi над пластиною проводилися в гiдродинамiчному лотку з вiльною поверхнею води глибиною 0.04 м. Розмiри лотка: довжина 16 м, ширина 1 м, глибина 1 м, а вимiрю- вальна дiлянка перебувала посерединi лотка. Для проведення вiзуальних дослiджень боковi стiнки гiдродинамiчного лотка зробленi скляними. Вода у лоток подавалася через заспокiйливу камеру насо- сами. Iз заспокiйливої камери потiк води проходив конфузорний вiдсiк i через хонейкомби та турбу- лiзуючi сiтки надходив на вхiд гiдродинамiчного лотка. Вимiрювальна дiлянка обладнана апарату- рою i засобами реєстрацiї характеристик набiгаю- чого потоку, координатними пристроями, якi були розташованi на вiдстанi 8 м вiд вхiдної частини лотка. За обтiчну поверхню, у якiй знаходилася ло- кальна неоднорiднiсть, була використана гiдравлi- чно гладка пластина, виготовлена з полiрованого органiчного скла товщиною 0.01 м, шириною 0.5 м i довжиною 2 м, була загострена з однiєї (фрон- тальної) i з iншої (кормової) сторони для забезпе- чення безвiдривного її обтiкання. До бiчних сто- рiн пластини крiпилися кiнцевi шайби (органiчне скло товщиною 0.005 м i шириною 0.2 м). На вiд- станi 0.8 м вiд носка пластини було зроблено отвiр, в якому було виготовлено овальне заглиблення у виглядi двох сферичних лунок, об’єднаних цилiн- дричною вставкою. Дiаметр лунки d=0.04 м, ши- рина i довжина цилiндричної вставки по 0.04 м. Таким чином, овальна лунка мала ширину 0.04 м, довжину 0.08 м, глибину 0.009 м i вiдношення гли- бини до ширини h/d=0.22 (рис. 1). До нижньої частини пластини крiпився лист з масштабною сi- ткою i пiнопластовий обтiчник. Овальне заглибле- ння оберталося у горизонтальнiй площинi (площи- на пластини) з довiльним кроком. Кут розташу- вання овального заглиблення (α) щодо направле- ння набiгаючого потоку в проведених дослiджен- нях варiювався вiд 30◦ до 90◦ i швидкiсть потоку змiнювалася вiд 0.1 м/с до 0.5 м/с. Поле швидкостей всерединi локального овально- го заглиблення i над обтiчною поверхнею пласти- ни вимiрювалось за допомогою плiвкових термоа- немометрiв типу 55R36 фiрми Disa, якi мали дов- жину чутливої поверхнi 0.0015 м. Плiвковi датчи- ки термоанемометрiв вводилися в область вимiрю- вань за допомогою обтiчних ножiв i координатного пристрою, розташованого на бiчних стiнках гiдро- динамiчного лотка. Координатний пристрiй дозво- ляв перемiщати датчики в трьох взаємно перпен- дикулярних площинах з точнiстю до 100·10−6м. В експериментальних дослiдженнях одночасно ви- користовувалася пара термоанемометрiв: один – двокомпонентний, а другий – однокомпонентний, якi були встановленi на незалежних системах крi- плення для проведення кореляцiйних вимiрювань. Приклад розташування двох датчикiв термоане- мометров над овальним заглибленням показаний на рис. 2. Всi датчики, незалежно вiд призначе- ння i конструкцiї, калiбрувалися та тестувалися абсолютними i вiдносними методами. Термоанемо- метри калiбрувалися вiдповiдно до рекомендова- них методик фiрм Disa, Dantec i TCI, якi виробля- ли i виробляють термоанемометричнi комплекси. Показники швидкостей, зареєстрованi плiвковими термоанемометрами, якi знаходилися у потоцi во- ди вiдомої температури i гiдростатичного тиску, зiставлялися з показниками швидкостей, реєстро- ваних трубками Пiто або Пiто-Прандтля, розта- шованих поблизу термоанемометричних датчикiв. При визначеннi чутливостi термоанемометрiв ви- 70 В. М. Степанович ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 69 – 75 Рис. 2. Розташування пластини з лункою у гiдродинамiчному лотку та термоанемометрiв над нею користовувалася вiдома залежнiсть Кiнга з пока- зником ступеня 0.45. Тестування плiвкових датчи- кiв здiйснювалася перед вимiрами, в ходi їх i пiсля закiнчення робiт. У рядi особливо вiдповiдальних дослiджень на державках використовуваних да- тчикiв, на дослiджуванiй пластинi i на стiнках гi- дродинамiчного лотка встановлювалися мiнiатюр- нi п’єзокерамiчнi датчики прискорень в трьох вза- ємно перпендикулярних площинах для визначен- ня амплiтудно-частотних характеристик вiбрацiй i джерел їх генерацiї. Цi данi використовувалися для проведення вiброкомпенсацiї пiд час обробки та аналiзу експериментальних даних, а також при проведеннi робiт по зниженню рiвнiв вiбрацiй ди- намiчними або пасивними методами при пiдготов- цi експериментального стенду. Поряд з цим було проведено ряд заходiв щодо контролю та обмеже- ння електромагнiтних та акустичних перешкод i шумiв на експериментальнi данi. У результатi похибка вимiрювань iнтегральних характеристик поля швидкостей не перевищува- ла 5% за достовiрностi 0.95 або 2σ. Похибка ви- мiрювань кореляцiйних характеристик не переви- щувала 10%, а спектральних характеристик – до 2 дБ в дослiджуваному дiапазонi частот за тим же довiрчим iнтервалом. При вимiрюваннi швид- костi перемiщення мiчених частинок, водорозчин- ної контрастної речовини та кольорових барвни- кiв пiд час аналiзу вiдеоматерiалу похибка вимi- рювань складала близько10%, а частоти викиду вихрових систем з заглиблення, їх мiсце розташу- вання i масштаб вихрових структур у вiзуальних дослiдженнях оцiнювалися з похибкою до 15% за достовiрностi 0.95. Рис. 3. Спектральнi щiльностi потужностi пульсацiй поздовжньої швидкостi над поверхнею пластини з овальною лункою 2. РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛIДЖЕНЬ За допомогою алгоритму швидкого перетворен- ня Фур’є i вагової функцiї Ханнiнга було прове- дено спектральний аналiз пульсацiй поздовжньої швидкостi в примежовому шарi над обтiчною пла- стиною, що має овальне одиночне заглиблення. Особливостi впливу локального заглиблення, розташованого на обтiчнiй поверхнi пiд кутом 60◦ вiдносно напрямку потоку, можна оцiнити з ана- лiзу спектральних щiльностей потужностей пуль- сацiй поздовжньої швидкостi, вимiряних на висо- тi y/d=0.05 i y/d=0.35 над площиною пластини для швидкостi потоку 0.25 м/с, якi представленi на рис. 3–6. На цих рисунках по вiсi ординат вiд- кладенi спектральнi компоненти пульсацiй поздов- жньої швидкостi, нормованi зовнiшнiми змiнними, у виглядi P ∗(St)= P 2(f)d/U3, а по вiсi абсцис вiд- кладенi нормованi частоти у виглядi чисел Стру- халя St=fd/U . На рис. 3 крива 1 вимiряна перед овальним за- глибленням в його серединному поздовжньому пе- рерiзi в точцi x/d = −1.30; y/d = 0.05 i z/d = 0; В. М. Степанович 71 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 69 – 75 крива 2 вимiряна над центром лунки в точцi x/d = 0; y/d = 0.05 i z/d = 0; крива 3 – у ближньому слiдi лунки в її серединному перерiзi x/d = 0.70; y/d = 0.05 i z/d = 0; крива 4 – у ближньому слiдi передньої сферичної частини овальної лунки в то- чцi x/d = 0.40; y/d = 0.05 i z/d = −0.50 i крива 5 – у ближньому слiдi кормової сферичної частини лунки в точцi x/d = 0.90; y/d = 0.05 i z/d = 0.50. Результати дослiджень поля пульсацiй швидко- стi у зовнiшнiй областi примежового шару над по- верхнею пластини з овальною лункою приведенi на рис. 4. Тут крива 1 вимiряна в точцi x/d = −1.30; y/d = 0.35 i z/d = 0; крива 2 – x/d = 0; y/d=0.35 i z/d=0; крива 3 – x/d=0.70; y/d=0.35 i z/d=0; крива 4 – x/d=0.40; y/d=0.35 i z/d = −0.50 i крива 5 – x/d=0.90; y/d=0.35 i z/d=0.50. Необхiдно вiдзначити, що наявнiсть заглиблен- ня на обтiчнiй поверхнi призводить до зростання спектральних рiвнiв пульсацiй швидкостi позаду овальної лунки, практично, у всьому дослiджува- ному частотному дiапазонi як в пристiннiй, так i в зовнiшнiй частинi примежового шару. Безпосере- дньо над самим заглибленням спектральнi щiльно- стi потужностi в цих областях примежового шару зменшуються щодо умов непорушеного примежо- вого шару, що проiлюстровано на рис. 3 i 4. При цьому iнтенсивнiсть пульсацiй поздовжньої швид- костi бiльшою мiрою знижується в областi низь- ких частот, особливо в пристiннiй або у внутрiшнiй областi примежового шару. Для турбулентного ре- жиму течiї, якому вiдповiдають числа Рейнольдса Rex=250000 та Red=40000, максимальне зниження спектральних рiвнiв майже в 5–6 разiв спостерiга- ється в частотному дiапазонi St≈ (0.03 − 0.06) на висотi y/d=0.05 вiд площини пластини над цен- тром овальної лунки. У ближньому слiдi заглиблення позаду його кормової частини на висотi y/d=0.05 вiд поверхнi пластини максимальна iнтенсивнiсть поля швид- костi спостерiгається, головним чином, в низько- частотнiй областi спектра за передньою сфери- чною частиною овальної лунки у вимiрювальнiй точцi з координатами x/d=0.4 i z/d = −0.5. У той же час, позаду кормової частини заглиблен- ня (крива 4) спектр пульсацiй швидкостi має най- бiльшi значення в високочастотнiй областi. Це вка- зує на те, що в цiй областi ближнього слiду лун- ки переважають дрiбномасштабнi вихровi стру- ктури, генеруючи високочастотнi пульсацiї швид- костi i тиску, якi формуються всерединi овально- го заглиблення i викидаються назовнi в пристiнну область примежового шару. Бiльше того, необхiд- но вiдзначити, що вздовж всiєї кормової частини овального заглиблення в областi його ближнього Рис. 4. Спектральнi щiльностi потужностi пульсацiй поздовжньої швидкостi у зовнiшнiй областi примежового шару над поверхнею пластини з овальною лункою слiду спостерiгається iстотне зростання високоча- стотних складових спектра швидкостi щодо при- стiнної областi примежового шару, який сформо- ваний над гладкою плоскою пластиною, що по- казано на рис. 3. Так, в областi частот порядку St≈ (3 − 6) iнтенсивнiсть пульсацiй поздовжньої швидкостi зростає майже на два порядки в порiв- няннi з непорушеним примежовим шаром. У той же час iнтенсивнiсть низькочастотних компонент, якi генеруються великомасштабними вихровими структурами, що породжують пульсацiї швидко- стi, а отже i пульсацiї тиску у вiдповiдностi з рiв- нянням Пуассона, зростає тiльки в 5–6 разiв у бли- жньому слiдi заглиблення (див. рис. 3). Крiм то- го, в цьому мiсцезнаходженнi приблизно в такiй же мiрi зростають i iнтенсивностi вихрових стру- ктур промiжних масштабiв, якi генерують пульса- цiї поздовжньої швидкостi в частотному дiапазонi 0.2 <St< 2. У зовнiшнiй частинi примежового шару викид вихрових структур з овального заглиблення та їх взаємодiя з обтiчної поверхнею i когерентни- 72 В. М. Степанович ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 69 – 75 ми вихровими структурами, властивими самому примежовому шару, призводить до iстотної змi- ни спектральних залежностей пульсацiй поздов- жньої швидкостi, що проiлюстровано на рис. 4. Тут, як i в пристiннiй областi примежового шару, в ближньому слiдi локальної лунки спостерiгає- ться значне зростання спектральних рiвнiв пульса- цiй швидкостi, особливо в високочастотнiй областi, якi сягають майже 80-кратного перевищення рiв- нiв непорушеного примежового шару. Також не- обхiдно сказати, що в зовнiшнiй частинi приме- жового шару в областi частот St≈ 0.2 найбiль- шi iнтенсивностi пульсацiй швидкостi спостерiга- ються в серединному перерiзi овального заглибле- ння, що обумовлено викидом вихрових систем на- зовнi з лунки. Таким чином, у ближньому слiдi овального за- глиблення, через наявнiсть викидiв вихрових си- стем з заглиблення та особливостей його обтiкан- ня, в спектральних залежностях пульсацiй поздов- жньої швидкостi спостерiгається iнтенсивне зрос- тання спектральних рiвнiв, особливо в високоча- стотнiй областi. При цьому бiльш iстотно скла- довi спектра на високих частотах зростають по- заду кормової частини овального заглиблення за напрямком потоку, що обумовлено iнтенсивним викидом дрiбномасштабних вихрових структур з цiєї частини лунки. В середнiй i особливо в пе- реднiй сферичнiй частинi овального заглиблення бiльшою мiрою проявляють себе великомасштабнi структури, генеруючи при цьому iнтенсивнi низь- кочастотнi пульсацiї швидкостi. В результатi про- ведених експериментальних дослiджень встанов- лено, що викид вихрових систем рiзних масшта- бiв, напрямкiв руху i швидкостей переносу назов- нi з овального заглиблення, а також взаємодiя ви- хрових структур зсувного шару, що формуються вздовж отвору заглиблення, з кормовою стiнкою приводить до iстотного росту спектральних хара- ктеристик поля пульсацiй швидкостi як в пристiн- нiй, так i в зовнiшнiй областi примежового ша- ру безпосередньо позаду заглиблення в його бли- жньому слiдi. З вiддаленням вiд заглиблення примежовий шар поступово вiдновлюється, що проiлюстровано на рис. 5 i 6, на яких показанi змiни спектраль- них щiльностей потужностi пульсацiй поздовжньої швидкостi вздовж пластини позаду овального за- глиблення в зовнiшнiй частинi примежового ша- ру. Результати, представленi на рис. 5, вимiря- нi позаду передньої сферичної частини загли- блення в зовнiшнiй частинi примежового шару для y/d=0.35 i чисел Рейнольдса Rex=250000 та Red=40000. Крiм того, для спiвставлення тут же Рис. 5. Спектри пульсацiй поздовжньої швидкостi в зовнiшнiй частинi примежового шару позаду передньої сферичної частини овальної лунки наведена спектральна залежнiсть поля пульсацiй поздовжньої швидкостi, отримана в зовнiшнiй ча- стинi примежового шару, який непорушений ло- кальним заглибленням для тiєї ж висоти над по- верхнею обтiчної пластини, а саме y/d=0.35. От- же, крива 1 вимiряна перед овальним заглиблен- ням у вимiрювальнiй точцi з координатами x/d = −1.30; y/d=0.35 i z/d=0; крива 2 вимiряна поза- ду заглиблення вздовж бокового перетину з коор- динатами x/d=1.25; y/d=0.35 i z/d = −0.5; кри- ва 3 – x/d=2,50; y/d=0.35 i z/d = −0.5; кри- ва 4 – x/d=3.75; y/d=0.35 i z/d = −0.5; кри- ва 5 – x/d=5.00; y/d=0.35 i z/d = −0.5; крива 6 – x/d=6.25; y/d=0.35 i z/d = −0.5 i крива 7 – x/d=7.50; y/d=0.35 i z/d = −0.5. Аналiзуючи отриманi результати, можна сказати, що в дано- му перетинi позаду овального заглиблення, так са- мо як i в iнших перетинах, спектральнi щiльностi потужностi пульсацiй поздовжньої швидкостi iсто- тно перевищують аналогiчнi данi, отриманi в зов- нiшнiй областi непорушеного примежового шару, особливо в областi високих частот. Зi збiльшенням В. М. Степанович 73 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 69 – 75 вiдстанi вiд заглиблення ця рiзниця зменшується, оскiльки вихровi структури в ходi своєї еволю- цiї руйнуються i вироджуютьсяi, врештi-решт, на- стає автоколивальний режим, що задовольняє ка- скадному процесу трансформацiї когерентних ви- хорiв, який притаманний вихроутворенню в при- межовому шарi, непорушеному локальними нео- днорiдностями обтiчної поверхнi. Так, на вiдстанi близько трьох дiаметрiв заглиблення у зовнiшнiй областi примежового шару реєструються найвищi рiвнi пульсацiй швидкостi на низьких частотах. Це обумовлено тим, що в даному мiсцезнаходженнi великомасштабнi вихровi структури, що викидаю- ться з овального заглиблення з його передньої сфе- ричної частини, досягають зовнiшньої межi при- межового шару, iнтенсифiкуючи поле швидкостей на низьких частотах. З вiддаленням вiд заглиблен- ня iнтенсивнiсть цих вихрових структур, а також дрiбномасштабних вихорiв зменшується, а, отже, рiзниця спектральних рiвнiв пульсацiй швидкостiз непорушеним примежовим шаром зникає, що по- казано на рис. 5. На вiдстанi, що перевищує 7–8 дi- аметрiв овальної лунки заглибленням 0.22 i швид- костi потоку 0.25 м/с примежовий шар вiдновлює- ться i приймає характер свого розвитку, який при- таманний непорушеному. У симетричному перерiзi овального заглиблен- ня позаду його кормової сферичної частини змi- ни спектральних характеристик пульсацiй поздов- жньої швидкостi у зовнiшнiй областi примежово- го шару представленi на рис. 6 також для швид- костi потоку 0.25 м/с. На цьому малюнку позна- чення кривих наступнi: крива 1 вимiряна перед заглибленням у вимiрювальнiй точцi з координа- тами x/d = −1.30; y/d=0.35 i z/d=0.5; крива 2 отримана для x/d=1.25; y/d=0.35 i z/d=0.5; кри- ва 3 – x/d=2.50; y/d=0.35 i z/d=0.5; крива 4 – x/d=5.00; y/d=0.35 i z/d=0.5 i крива 5 – x/d=7.50; y/d=0.35 i z/d=0.5. Також, як позаду передньої сферичної частини заглиблення i в його ближньо- му слiдi, в даному перетинi можна вiдзначити зна- чне зростання спектральних рiвнiв у всьому до- слiджуваному дiапазонi частот, але особливо в ви- сокочастотнiй областi спектрiв пульсацiй поздов- жньої швидкостi. Максимальний внесок у низько- частотну область спектра спостерiгається на вiд- станi порядку 2–3 дiаметрiв заглиблення, де вели- комасштабнi вихровi структури, що викидаються з лунки, досягають зовнiшньої межi примежового шару. Також зi збiльшенням вiдстанi вiд заглибле- ння примежовий шар вiдновлюється, особливо ви- сокими темпами в областi високих частот. Але на вiдмiну вiд ранiше розглянутого бiчного перети- ну овальної лунки, в даному випадку вiдновлення Рис. 6. Спектри пульсацiй поздовжньої швидкостi в зовнiшнiй частинi примежового шару позаду кормової сферичної частини овальної лунки зовнiшньої областi примежового шару на вiдста- нi x/d=7.50 не настiльки вiдчутно. Це обумовлено тим, що тут вiдстань мiж вимiрювальною точкою i кормовим краєм овального заглиблення на 0.5 d менша, оскiльки лунка знаходиться пiд кутом 60◦ до набiгаючого потоку. Тому в областi високих ча- стот рiзниця мiж спектральними рiвнями кривих 5 i 1 на рис. 6 бiльша, нiж мiж кривими 7 i 1 на рис. 5. Узагальнюючи результати аналiзу експеримен- тальних даних, можна стверджувати, що зi збiль- шенням вiдстанi вiд овального заглиблення дослi- джуваної геометрiї, швидкостi обтiкання 0.25 м/с i чисел Рейнольдса Rex=250000 та Red=40000 при- межовий шар, порушений присутнiстю заглибле- ння на обтiчнiй плоскiй поверхнi, поступово вiд- новлюється. При цьому, максимальне порушен- ня зовнiшньої областi примежового шару велико- масштабними вихровими системами, якi генеру- ють низькочастотнi пульсацiї швидкостi, вiдбува- ється на вiдстанi близько 2–3 дiаметрiв заглибле- ння, де великомасштабнi вихори досягають зовнi- 74 В. М. Степанович ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2016. Том 18, N 2. С. 69 – 75 шньої областi примежового шару. Слiд зазначити, що темп вiдновлення високочастотної частини спе- ктру пульсацiй поздовжньої швидкостi, безсумнiв- но, вище, нiж низькочастотної i примежовий шар повнiстю вiдновлюється на вiдстанi бiльше 10 дiа- метрiв овальної лунки для даного режиму обтiка- ння. ВИСНОВКИ На пiдставi отриманих експериментальних ре- зультатiв з дослiдження впливу овального загли- блення на поле швидкостi над пластиною можна зробити такi висновки: 1. Спостерiгається iнтенсивне зростання спе- ктральних рiвнiв пульсацiй поздовжньої швидко- стi, головним чином, в високочастотнiй областi спектру через наявнiсть викидiв вихрових систем з заглиблення та особливостей його обтiкання. 2. Зi збiльшенням вiдстанi вiд заглиблення при- межовий шар вiдновлюється, особливо високими темпами в областi високих частот. 3. Установлено, що вздовж всiєї кормової части- ни овального заглиблення в областi його ближньо- го слiду спостерiгається iстотне зростання висо- кочастотних складових спектра швидкостi щодо пристiнної областi примежового шару, який сфор- мований над гладкою плоскою пластиною. 1. Быстров Ю. А., Исаев С. А., Кудрявцев Н. А., Леонтьев А. И. Численное моделирование вихре- вой интенсификации теплообмена в пакетах труб.– СПб: Судостроение, 2005.– 392 с. 2. Халатов А. А. Теплообмен и гидродинамика око- ло поверхностных углублений (лунок).– K.: ИТТФ НАНУ, 2005.– 140 с. 3. Гортышов Ю. Ф., Попов И. А., Олимпиев В. В., Щелчков А. В., Каськов С. И. Теплогидравличе- ская эффективность перспективных способов ин- тенсификации теплоотдачи в каналах теплообмен- ного оборудования.– Казань: Центр инновацион- ных технологий, 2009.– 536 с. 4. Терехов В. И., Калинина С. В. Структура тече- ния и теплообмен при обтекании единичной сфе- рической каверны. Состояние вопроса и проблемы (Обзор) // Теплофизика и аэромеханика.– 2002.– 9, № 4.– С. 497–521. 5. Кикнадзе Г. И., Гачечиладзе И. А., Алексеев В. А. Самоорганизация смерчеобразных струй в пото- ках вязких сплошных сред и интенсификация те- пломассообмена, сопровождающая это явление.– М.: Бассет, 2005.– 82 с. 6. Исаев С. А., Леонтьев А. И., Корнев Н. В. Численное моделирование смерчевого теплообме- на при обтекании поверхностей с лунками (состо- яние и перспективы) // VI Минский Межд. Фо- рум по Теплообмену, ММФ 2008 : сб. докл.– Минск (Беларусь).– 2008.– С. 1–9. 7. Ligrani P. M., Harrison J. L., Mahmood G. I., Hi- ll M. L. Flow structure due to dimple depressions on a channel surface // Phys. Fluids.– 2001.– 13, № 11.– P. 3442–3451. 8. Wang C.-C., Chen K.-Y., Liaw J.-S., Tseng C.-Y. An experimental study of the air-side performance of fin- and-tube heat exchangers having plain, louver, and semi-dimple vortex generator configuration // Int. J. Heat and Mass Transfer.– 2015.– 80 .– P. 281–287. 9. Isaev S., Voropaiev G., Grinchenko V., Sudakov A., Voskoboinick V., Rozumnyuk N. Drag reduction of lifting surfaces at the use of oval dimples as vortex generators // Abstract of the European Drag Reduction and Flow Control Meeting "EDRFCM 2010"2-4 September, 2010.– Kyiv, Ukraine.– 2010.– P. 7–8. 10. Xie Y., Qu H., Zhang D. Numerical investigation of flow and heat transfer in rectangular channel with teardrop dimple/protrusion // Int. J. Heat and Mass Transfer.– 2015.– 84 .– P. 486–496. 11. Kiknadze G. I., Gachechiladze I. A., Gorodkov A. Yu. Self-organization of tornado-like jets in flows of gases and liquids and the technologies utilizing this phenomenon // Proceedings of the ASME 2009 Heat Transfer Summer Conference HT2009 July 19-23, 2009.– San Francisco, California USA.– HT2009- 88644.– P. 1–14. 12. Воскобойник А. В., Воскобойник В. А., Иса- ев С. А., Жданов В. Л., Корнев Н. В., Тур- ноу Й. Бифуркация вихревого течения внутри сферической лунки в узком канале // Прикладна гiдромеханiка.– 2011.– 13, № 4.– С. 3–21. 13. Voskoboinick V., Voskoboinick A. Noise and separati- on reduction by the dimpled surfaces // Proc. Intern. Conf. and Exhibition on Automobile Engineering, September 01-02, 2015, Valencia, Spain.– 2015.– 4, Issue 1.– P. 51. 14. Воскобiйник В. А., Воскобiйник А. В., Воскобой- ник О. А. Генерацiя вихорiв парою овальних лу- нок на обтiчнiй плоскiй поверхнi // Прикладна гiдромеханiка.– 2015.– 17, № 3.– С. 10–17. 15. Коваленко Г. В., Халатов A. А. Границы режимов течения в углублениях на плоской поверхности, имеющих форму сферических сегментов // При- кладна гiдромеханiка.– 2008.– 10, № 1.– С. 23–32. 16. Voskoboinick V., Kornev N., Turnow J. Study of near wall coherent flow structures on dimpled surfaces using unsteady pressure measurements // Flow Turbulence Combust.– 2013.– 90, № 2.– P. 86–99. 17. Turnow J., Kornev N., Zhdanov V., Hassel E. Flow structures and heat transfer on dimples in a staggered arrangement // Int. J. Heat and Fluid Flow.– 2012.– 35, № 3.– P. 168–175. 18. Исаев С. А., Леонтьев А. И., Щелчков А. В., Гуль- цова М. Е. Анализ перестройки струйно-вихревой структуры отрывного турбулентного течения в сферической лунке на стенке узкого канала при увеличении ее глубины и интенсификации втори- чного течения в ней // Инж.-физ. ж.– 2015.– 88, № 5.– С. 1–5. 19. Bai L., Bai S. Frictional performance of a textured surface with elliptical dimples: Geometric and distri- bution effects // Tribology Transactions.– 2014.– 57, № 6.– P. 1122–1128. 20. Voskoboinick V., Voskoboinick A., Stepanovitch V. Generation of vortex structures by pair oval dimples on flat plate // Proc. European Drag Reduction and Flow Control Meeting – EDRFCM 2015, March 23–26, 2015.– Cambridge, UK.– 2015.– P. 43–44. 21. Воскобiйник В. А., Воскобiйник А. В. Структура течiї та пульсацiї тиску усерединi овальної лун- ки // Наукоємнi технологiї.– 2012.– 13, № 1.– С. 12–18. В. М. Степанович 75

Вплив овального заглиблення на поле швидкості над пластиною

Institution

Ähnliche Einträge