Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні

Проведено експериментальні дослідження особливостей формування когерентних вихрових структур усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні. Встановлено, що в залежності від режимів течії у лунці генеруються симетричні та асиметричні великомасштабні вихрові структури і дрібномасштабні вихори, які...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :	Промышленная теплотехника
Дата:	2012
Автори:	Воскобійник, В.А., Воскобійник, А.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	Інститут технічної теплофізики НАН України 2012
Теми:	Тепло- и массообменные процессы
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60262
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні / В.А. Воскобійник, А.В. Воскобійник // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 7-14. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859651759784329216
author	Воскобійник, В.А. Воскобійник, А.В.
author_facet	Воскобійник, В.А. Воскобійник, А.В.
citation_txt	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні / В.А. Воскобійник, А.В. Воскобійник // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 7-14. — Бібліогр.: 9 назв. — укр.
collection	DSpace DC
container_title	Промышленная теплотехника
description	Проведено експериментальні дослідження особливостей формування когерентних вихрових структур усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні. Встановлено, що в залежності від режимів течії у лунці генеруються симетричні та асиметричні великомасштабні вихрові структури і дрібномасштабні вихори, які викликають появу дискретних піків у спектрах пульсацій швидкості та тиску на характерних частотах і хвильових числах. Проведены экспериментальные исследования особенностей формирования когерентных вихревых структур внутри полусферической лунки на плоской поверхности. Установлено, что в зависимости от режимов течения в лунке генерируются симметричные и асимметричные крупномасштабные вихревые структуры и мелкомасштабные вихри, которые вызывают появление дискретных пиков в спектрах пульсаций скорости и давления на характерных частотах и волновых числах. Experimental researches of the formation features of coherent vortical structures are conducted inside the hemispherical dimple on a flat surface. It is set that depending on the flow regimes the symmetric and asymmetric large-scale vortical structures and smallscale vortices are generated in the dimple which cause appearance of discrete peaks in the spectra of velocity and pressure fluctuations on characteristic frequencies and wave-numbers.
first_indexed	2025-12-07T13:34:10Z
format	Article
fulltext	ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 7 УДК 532.517 Воскобійник В.А., Воскобійник А.В. Інститут гідромеханіки НАН України ВИХРОВИЙ РУХ УСЕРЕДИНІ ПІВСФЕРИЧНОЇ ЛУНКИ НА ПЛОСКІЙ ПОВЕРХНІ Проведены экспериментальные исследования особенностей фор- мирования когерентных вихревых структур внутри полусферической лунки на плоской поверхности. Установлено, что в зависимости от режимов течения в лунке генери- руются симметричные и асиммет- ричные крупномасштабные вихре- вые структуры и мелкомасштабные вихри, которые вызывают появле- ние дискретных пиков в спектрах пульсаций скорости и давления на характерных частотах и волновых числах. Проведено експериментальні дослідження особливостей форму- вання когерентних вихрових струк- тур усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні. Встановлено, що в залежності від режимів течії у лунці генеруються симетричні та асиметричні великомасштабні вихрові структури і дрібномасш- табні вихори, які викликають по- яву дискретних піків у спектрах пульсацій швидкості та тиску на характерних частотах і хвильових числах. Experimental researches of the formation features of coherent vortical structures are conducted inside the hemispherical dimple on a flat sur- face. It is set that depending on the flow regimes the symmetric and asymmetric large-scale vortical structures and small- scale vortices are generated in the dimple which cause appearance of discrete peaks in the spectra of velocity and pressure fluctuations on characteristic frequencies and wave-numbers. d – діаметр лунки; f – частота; k – хвильове число; l – відстань між термоанемометрами; P(St) – спектральна густина потужності; p' – пульсації тиску; q – швидкісний напір; Re – число Рейнольдсу; St – число Струхаля; U – швидкість течії; u' – пульсації поздовжньої швидкості; X – відстань від носка пластини до розташуван- ня півсферичної лунки; x, y, z – декартові координати з початком у центрі півсферичної лунки; δ – товщина примежового шару; λ – довжина хвилі; ν – коефіцієнт кінематичної в’язкості води; ρ – густина води; τ – час затримки корельованого сигналу. Індекси верхні: * – нормована величина. Індекси нижні: d – діаметр лунки; Do – однокомпонентний термоанемометр; D – двокомпонентний термоанемометр; X – відстань від носка пластини до розташуван- ня півсферичної лунки; x, y, z – поздовжня, поперечна і трансверсальна координати. Вступ Останніми роками широке застосування в теплоенергетиці, гідродинаміці та гідроакус- тиці отримали лункові технології на обтічних рідиною або газом поверхнях. Використання заглиблень різноманітної форми і розмірів призводить до істотного збільшення тепло- і масопереносу, зниженню, за певних умов, гідродинамічного опору і шуму, підвищенню якості аеродинамічних профілів і лопаток турбін. Добре відомо [1-4], що заглиблення на обтічній поверхні генерують вихрові структу- ри, які під час взаємодії між собою, примежо- вим шаром і обтічною поверхнею змінюють теплофізичні і гідродинамічні характеристи- ки течії, збільшують тепловіддачу і вібрації обтічних поверхонь. Велика кількість публікацій присвяче- на вивченню особливостей генерації вихорів усередині заглиблень. Чисельне та фізичне моделювання показують, що це дуже складний механізм, який залежить від багатьох чинни- ків, і його дослідження пов’язане з велики- ми труднощами теоретичного та експеримен- ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №68 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ тального планів. Виявлено ряд особливостей формування та еволюції вихорів, як в оди- ночних заглибленнях, так і в ансамблях лунок, які покривають значну частину обтічних по- верхонь, що відображене, наприклад, у робо- тах [5-7]. У той же час залишаються нез’я- сованими питання, що стосуються миттєвих і статистичних характеристик полів швидкос- ті та тиску усередині лунки і в її околі, які генеруються великомасштабними вихровими структурами та дрібномасштабними вихора- ми, що формуються усередині лунки. Також необхідні додаткові дослідження з вивчення взаємодії вихрових структур, які викидаються з лунки, з когерентними вихровими система- ми примежового шару, а також з обтічною по- верхнею. У зв’язку з цим метою даних досліджень є експериментальне вивчення гідродинаміч- них особливостей вихроутворення усередині одиночної півсферичної лунки, а також вза- ємне дослідження полів швидкості та тиску усередині лунки і поблизу неї із застосуван- ням апарату теорії ймовірності та математич- ної статистики. Експериментальна установка і методика досліджень Експериментальні дослідження гідродина- міки вихрової течії, що формується у пів- сферичному заглибленні на плоскій поверхні, проводились у гідродинамічному лотку з віль- ною поверхнею води завдовжки близько 16 м, глибиною та шириною близько 1 м. Вода в лоток подавалася із заспокійливої камери че- рез конфузор та пристрої, що випрямляють потік. Над дном лотка встановлювалась плас- тина завдовжки близько 2 м і шириною 0,5 м, на якій на відстані X = 0,8 м розташовувалося одиночне півсферичне заглиблення діаметром d = 0,1 м. Над поверхнею пластини з лункою глибина води складала близько 0,3 м. В ході експериментальних досліджень проводилась візуалізація потоку та інструментальні вимі- рювання поля швидкості і тиску. Під час візуалізації контрастні речовини, мічені частинки та фарбники подавались у потік: а) через спеціально зроблені отвори в обтічній поверхні; б) за допомогою мініатюр- них трубок з контрольованими дозаторами, які переміщувались координатними пристроями поблизу обтічної поверхні, а також в) засто- совувались контрастні водорозчинні покрит- тя обтічних поверхонь. Нанесення покриття, що змивається, на досліджувану пластину в гідродинамічному лотку дало можливість виз- начити зони підвищених дотичних напруг та області дії вихрових систем, що викидаються із заглиблення, на пристінну область приме- жового шару. Дослідження візуалізації пото- ку за допомогою покриттів, які змиваються, проводились для чисел Рейнольдсу Red = Ud/ν від 3000 до 40000. Для кожного режиму готу- валося окреме водорозчинне покриття (згу- щене молоко з добавками чорної та білої са- жі), яке підсихало визначений час і пластина з покриттям, що змивалося, встановлювалась на дно лотку після того, як наступав сталий швидкісний режим. Додавання сажі різних кольорів дозволяло окрім зниження щільності згущеного молока (приблизно на 30 % вище за щільність води), також подати у приповерхне- вий шар мічені частинки, траєкторія руху яких і їх швидкість переміщення дозволяли оціни- ти кінематичні характеристики вихрової течії у ході обробки та аналізу картин візуалізації. Дослідження поля швидкості проводилось за допомогою кореляційного блоку з одиноч- ного та Х-подібного плівкового термоанемо- метрів фірми Disa, які за допомогою добре обтічних державок вводились у досліджувану область течії. Пульсації пристінного тиску реєструвалися ансамблем мініатюрних п’єзо- керамічних датчиків, діаметр чутливої поверх- ні яких не перевищував 1,5·10-3 м, встановле- них урівень з обтічною поверхнею лунки або пластини. Розташування датчиків швидкості та тиску представлене на рис. 1. Докладніша інформація про експериментальний стенд, ви- мірювальну апаратуру та методику вимірювань представлено, наприклад, у роботах [8, 9]. Похибка вимірювань інтегральних та ко- реляційних характеристик не перевищувала ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 9 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ 10 % при достовірності 0,95, а спектральних характеристик до 2 дБ в діапазоні частот від 0,2 Гц до 12,5 кГц. Результати досліджень і аналіз даних В результаті проведення візуальних до- сліджень для найменшої швидкості гідроди- намічного потоку (U = 0,03 м/с) шар згущено- го молока, через негативну плавучість, поволі змивався з обтічної поверхні і поступово за- повнював півсферичне заглиблення. Унаслі- док нерівномірного розподілу дотичних на- пруг та швидкості руху вихрових потоків і пристінних течій шар згущеного молока роз- мивався по різному поблизу півсферичної лунки. Так, для чисел Рейнольдсу ReX = UX/ν = = 24000 та Red = 3000 поблизу кормового краю заглиблення покриття почало змиватися у двох місцях, симетрично розташованих щодо поздовжньої осі лунки. Місця інтенсивного розмиву розташувались приблизно під ку- том (45...50) градусів відносно напряму по- току. Усередині отвору півсферичної лунки, для цього режиму обтікання, формуються дві симетричні вихрові структури, джерела яких знаходяться на дні лунки ближче до її кормо- вої сторони. Ці вихрові структури обертають- ся у протилежних напрямках одна до одної та у своїх верхніх частинах об’єднуються (при своєму зростанні), формуючи аркоподібну або підковоподібну вихрову структуру, яка розта- шовується усередині лунки. Рідина в підково- подібну структуру потрапляє, головним чи- ном, уздовж бічних схилів півсферичної лун- ки, закручується в області своїх фокусів по спіралеподібній траєкторії і викидається на- зовні в серединному перерізі лунки. Коли аркоподібна вихрова структура росте у своєму розвитку і набуває масштабу, що перевищує глибину лунки, то набігаючий потік зриває її верхню частину, генеруючи викид з лунки. При цьому симетрична вихрова система роз- ривається у своїй верхній області, і її частини утворюють пару похилих у вертикальній площині вихрових структур, які протилежно обертаються. Пара вихорів, які викидаються назовні, кожен зі своєї половини лунки симетрич- но поздовжній осі, формують пару поздовжніх вихорів, що протилежно обертаються. Витя- гуючись набігаючим потоком, ці вихори роз- риваються і їх частини, що залишилися усере- дині лунки, знову з’єднуються своїми вер- хівками, утворюючи нову симетричну аркопо- дібну вихрову структуру. Новий аркоподібний вихор поступово росте за рахунок надходжен- ня рідини з циркуляційної течії, яка форму- ється позаду передньої частини лунки. Про- цес формування вихрових систем та їх викид назовні не має однорідності через дію різних чинників, що обумовлюють генерацію коли- вального руху усередині лунки тривимірного характеру. В результаті усередині лунки за- роджуються аркоподібні та нахилені вихори, спільно з формуванням циркуляційної течії і зсувного шару над нею, а також відбувається періодичний викид симетричних вихрових си- стем назовні з лунки у примежовий шар, який утворюється над обтічною поверхнею пласти- ни. Коли швидкість потоку збільшилася, у структурі вихрової течії усередині лун- ки відбуваються кардинальні зміни. Вони обумовлені переходом ламінарного режиму обтікання пластини із заглибленням у турбу- лентне. Вихор усередині заглиблення приймає Рис. 1. Розташування термоанемометрів і датчиків пульсацій пристінного тиску над і на обтічній поверхні півсферичної лунки. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №610 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Рис. 2. Асиметричне формування вихрових структур усередині півсферичної лунки для швидкості течії 0,17 м/с і числа Рейнольдсу Red = 17000. явно несиметричну форму і викидається на- зовні по черзі з кожної із бічних кормових сторін під кутом близько (40...60) градусів до напряму потоку, що показано на рис. 2. Не- рідко викиди відбуваються тільки з одного боку лунки, але згодом спостерігається пере- микання асиметричної вихрової структури в протилежну сторону півсферичної лунки. Для цього режиму обтікання числа Рейнольдсу були наступними ReX = 1,4·105 та Red = 1,7·104. Когерентна вихрова система, що генерується в отворі лунки, має великий розмір, порівнян- ний з розмірами самого заглиблення. Асиме- тричний великомасштабний вихор зароджу- ється з джерела або фокусу, що знаходиться у придонній області лунки, поблизу її перед- ньої частини, а верхівка цього вихору ви- кидається над протилежною бічною сторо- ною кормової стінки лунки. Формування та викид вихрової системи відбувається квазіпе- ріодично з різних бічних сторін лунки. Викид не завжди спостерігається чітко по черзі з од- ного або з іншого боку. Іноді відбувається декілька викидів тільки з одного боку, ймовір- но, це обумовлено проходженням великомас- штабних вихрових систем примежового шару (хоча частота викидів великомасштабних ви- хорів примежового шару вища) та взаємодією асиметричного вихору з вихровими система- ми зсувного шару або особливостями вихро- утворення у лунці для цього режиму течії. Під час викиду великомасштабної вихро- вої системи значна частина підфарбованої рі- дини виноситься назовні, досягаючи зовніш- ньої межі примежового шару, сформованого над обтічною плоскою поверхнею пластини. Після викиду всередину лунки спрямовується рідина із зовнішнього потоку і зароджується нова асиметрична нахилена (у вертикальній і горизонтальній площині) вихрова структура з протилежним напрямом обертання. Нова вихрова система розташовується у проти- лежній стороні лунки відносно вихрової структури, що викинулася, проходячи через серединний переріз лунки. Збільшення швидкості обтікання призво- дить до значного зростання інтенсивності як вихроутворення усередині лунки, так і обміну енергією вихрового потоку між лункою і течією, що оточує її, у вигляді викиду вихро- вих структур із заглиблення і відриву приме- жового шару з передньої частини лунки і по- дальшого формування вихрового зсувного ша- ру. Подача фарби всередину заглиблення і пе- ред ним дала можливість візуально спостері- гати етапи зародження, розвитку та викиду вихрових систем усередині заглиблення пів- сферичної форми. Приклад картини візуаліза- ції формування та викиду вихрових структур, а також переміщення їх у сліді лунки для числа Рейнольдса Red = 1,7·104 показаний на рис. 3. Нахил вихрових структур, що викида- ються з лунки з частотою, якій відповідає чис- ло Струхаля St = fd/U = (0,04…0,06), можна оцінити як (25...35) градусів. Висота, на яку вони підіймаються над обтічною поверхнею пластини, складає близько (0,25...0,35)d, а роз- ділення між викидами у сліді півсферичної лунки приблизно дорівнює (0,6...0,8)d. Інтенсивність поля пульсацій пристінного тиску усередині лунки і в її околі при зміні швидкості течії змінюється. Так, для ламінарного обтікання пластини із заглиблен- ням середньоквадратичні значення пульсацій тиску пропорційні квадрату швидкості або ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 11 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Рис. 4. Хвильовий спектр пульсацій поздовжньої швидкості, виміряний на різних висотах (y = var), у перерізі z = 0 для числа Рейнольдсу Red =20000. пропорційні швидкісному напору. При пере- ході до турбулентного режиму обтікання пуль- сації тиску на поверхні лунки і в її ближньо- му сліді наростають з більшим темпом і по- казник їх пропорційності від швидкості пото- ку перевищує значення 2. Перед заглиблен- ням, як для ламінарного, так і для турбулентно- го потоку середньоквадратичні значення пуль- сацій пристінного тиску залишаються пропор- ційними швидкісному напору. Перед заглиб- ленням та в його дальньому сліді (>(5…10)d) інтенсивність пульсацій тиску приблизно однакові. Найменші значення інтегральний па- раметр ((p')2)0,5 приймає на передній за потоком стінці лунки. Найбільші середньоквадратичні значення пульсацій пристінного тиску спо- стерігаються на кормовій стінці лунки, де від- бувається взаємодія зсувного шару і вихрових структур, що викидаються з лунки, із обтіч- ною поверхнею лунки. Слід зазначити, що на кормовій стінці лунки пульсації тиску майже на порядок перевищують рівні пульсацій тис- ку, що реєструються на передній стінці, неза- лежно від швидкості потоку. Хвильовий спектр пульсацій поздовжньої швидкості, який зареєстровано в осьовому пе- рерізі пластини та лунки з координатою z = 0 для числа Рейнольдсу Red ≈ 2·104, представ- лений на рис. 4. На цьому рисунку перші чо- тири криві поміряні у площині пластини, тоб- то y = 0, а п’ята крива – над пластиною на від- стані y = 0,025d. Крива 1 відповідає вимірю- вальній точці з координатою x =-0,25d; крива 2 – x = 0; крива 3 – x = 0,15d; крива 4 – x = = 0,30d та крива 5 – x = 0,50d. Значення тов- щини примежового шару вимірювалося в об- ласті переднього краю лунки. У передній ча- стині лунки має місце один дискретний під- йом спектру для поздовжнього хвильового числа kxδ = 2πδ/λx ≈ 0,15, амплітуда якого змен- шується під час переміщення униз за потоком. У центрі лунки (x = 0) у спектрах спостеріга- ється ще один підйом для kxδ ≈ 0,05, який має максимум у перерізі x = 0,15d. Над кормовим краєм лунки відмічається третій дискретний підйом спектрів для kxδ ≈ 0,015. Найбільший вклад в енергію поля пульсацій швидкості, для усіх досліджених перерізів вздовж поз- довжньої координати, спостерігається для хви- льового числа kxδ ≈ 0,15. Спектральні густини потужності пульса- цій пристінного тиску, що нормуються швид- кісним напором (q = ρU2/2) у вигляді P* q(St) = = P(St)U/dq2 показані на рис. 5 для ReX ≈ 2·105 та Red ≈ 2·104. Тут номери кривих відпові- дають номерам датчиків пульсацій пристінно- Рис. 3. Викид великомасштабних вихрових структур назовні із лунки у примежовий шар для швидкості течії 0,17 м/с і числа Рейнольдсу Red =17000. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №612 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Рис. 5. Спектральні густини потужності пульсацій пристінного тиску виміряні на обтічній поверхні півсферичної лунки для числа Рейнольдсу Red = 22000. го тиску (див., рис. 1). Отже, перед заглиблен- ням спектр пульсацій тиску має характер, ти- повий для пристінних пульсацій тиску, помі- ряних в течіях над плоскою поверхнею з при- межовим шаром. У непорушеному лункою при- межовому шарі спектр пульсацій тиску спадає в області низьких частот із зменшенням час- тоти, має так званий конвективний гребінь і спадає із збільшенням частоти з наростаючим темпом. Пульсації тиску на поверхні лунки значно збільшуються в області високих частот у по- рівнянні з примежовим шаром на плоскій поверхні, особливо у серединному перерізі пів- сферичної лунки. Усередині лунки максималь- ні рівні пульсацій тиску в області низьких час- тот спостерігаються у верхній частині кормо- вої стінки, де відбувається інтенсивна взаємо- дія набігаючого потоку з поверхнею лунки. У придонній частині кормової стінки найбільші спектральні рівні пульсацій тиску мають міс- це у високочастотній області, що показано на рис. 5 (крива 4). У спектральних залежностях, виміряних на поверхні кормової стінки лунки, тональні підйоми спектрів виявлені на частоті викидів великомасштабної вихрової системи із заглиблення (St ≈ 0,05), на частоті її обертан- ня (St ≈ 0,15) і на частоті (St ≈ 0,4). Остання обумовлена автоколиваннями зсувного шару, унаслідок взаємодії його вихрових структур з кормовою стінкою лунки і відповідає першій моді автоколивань зсувного шару. На бічних стінках лунки тональні компоненти спектрів спостерігаються на тих же частотах, але їх амплітуди менші (див. криві 7 та 8 на рис. 5). На поверхні передньої стінки лунки спо- стерігається найменша інтенсивність пульса- цій пристінного тиску в області низьких час- тот (крива 2). Тут превалюють осциляції вих- рового потоку, обумовлені впливом бічних стінок лунки або тривимірністю півсферичної лунки, що призводить до появи низькочастот- них поперечних коливань рідини усередині заглиблення. Ці низькочастотні коливання стають модулюючими для всього вихрового руху в лунці і для них число Струхаля складає (0,02...0,03). На дні лунки (крива 3) найбільші значення пульсації пристінного тиску мають на частоті обертання великомасштабної вихрової струк- тури, яка в цьому місцезнаходженні найближ- че розташовується до обтічної поверхні. Ра- зом з цим пульсації пристінного тиску на дні лунки більш насичуються високочастотними компонентами спектру у порівнянні з перед- ньою стінкою лунки, через дію циркуляцій- ної течії. Ця течія наповнюється дрібномас- штабними вихорами, що утворюються при взаємодії вихрових систем зсувного шару з кормовою стінкою, які конвектують над кор- мовою стінкою до дна лунки. На бічній стінці лунки превалюють пуль- сації тиску, що відповідають частоті обертан- ня великомасштабної вихрової системи, час- тоті її викидів та частоті автоколивань зсувно- го шару і взаємодії вихрових структур зсувно- го шару з кормовою стінкою лунки. Подібні підйоми в спектральних залежностях пульса- цій тиску спостерігаються також і в ближньо- му сліді лунки (крива 6). Одночасні вимірювання парою плівкових термоанемометрів та ансамблем датчиків пуль- сацій тиску, розташованих над обтічною по- верхнею і урівень з нею, як показано на рис. 1, дозволили визначити взаємні статистичні ха- ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №6 13 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ Рис. 6. Взаємні кореляції та групові швидкості переносу пульсацій пристінного тиску і пульсацій швидкості над обтічною поверхнею півсферичної лунки. рактеристики поля швидкості та тиску. Кое- фіцієнти взаємної кореляції пульсацій швид- кості і пристінного тиску представлені на рис. 6. Слід зазначити, що на цьому рисунку разом із взаємною кореляцією між датчиками пульса- цій швидкості приведені криві коефіцієнту взаємної кореляції між парами датчиків пуль- сацій швидкості та пульсацій пристінного ти- ску. Просторово-часові кореляції пульсацій швидкості та тиску отримані для швидкості обтікання пластини з локальним заглибленням U = 0,1 м/с і чисел Рейнольдсу ReX = 8·104 та Red = 1·104. Пара плівкових термоанемометрів (на відстані lDo – Dx = 4,5·10-3 м) у цих вимірюван- нях знаходилась над отвором заглиблення у верхній частині зсувного шару та ближче до передньої стінки лунки. Взаємна кореляція між поздовжніми компонентами пульсацій швид- кості представлена кривою 1. Крива 2 – за- лежність коефіцієнта взаємної кореляції між пульсаціями пристінного тиску (датчик № 5) і пульсаціями поздовжньої швидкості (дво- компонентний датчик Dx). Кореляція між поз- довжніми компонентами швидкості вища, ніж між пульсаціями тиску та швидкості. Швидкість переносу корельованого сигналу між двома датчиками швидкості трохи нижча, ніж між датчиком пульсацій швидкості та датчиком пульсацій пристінного тиску. Напрям руху ко- рельованих сигналів наступний: від нижнього датчика швидкості до верхнього та від датчи- ка швидкості до датчика пульсацій тиску, що знаходиться у верхній частині кормової стінки півсферичної лунки. ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №614 ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ 3. Kiknadze G., Gachechiladze I., Oleinikov V. Tornadolike technology of heat and mass transfer intensification at lagging increase of hydraulic losses (Review of experimental results and intensification mechanisms). – Moscow: Basert Со Ltd, 1994-1995. – 102 p. 4. Терехов В.И., Калинина С.В. Структура течения и теплообмен при обтекании единич- ной сферической каверны. Состояние вопроса и проблемы // Теплофизика и аэромеханика. – 2002. – T. 9, № 4. – С. 497-521. 5. Коваленко Г.В., Халатов А.А. Границы режимов течения в углублениях на плоской поверхности, имеющих форму сферических сегментов // Прикладна гідромеханіка. – 2008. – T. 10, № 1. – С. 23-32. 6. Turnow J., Kornev N., Isaev S., Hassel E. Vortex mechanism of heat transfer enhancement in a channel with spherical and oval dimples // Heat and Mass Transfer. – 2011. – Vol. 47, № 3. – P. 301-313. 7. Исаев С.А., Леонтьев А.И., Корнев Н.В. Численное моделирование смерчевого тепло- обмена при обтекании поверхностей с лунка- ми (состояние и перспективы) // VI Минский Межд. Форум по Теплообмену. – Минск, Бела- русь. – 2008. – С. 1-9. 8. Voropayev G.A., Voskoboinick V.A., Rozum- nyuk N.V., Voskoboinick A.V. Vortical flow features in a hemispherical cavity on a flat plate // Pap. Sixth Int. Sympos. on Turbulence and Shear Flow Phenomena, TSFP-6. Vol. 3. – Seoul, Korea. – 2009. – P. 563-568. 9. Воропаев Г.А., Воскобойник А.В., Воско- бойник В.А., Гринченко В.Т., Исаев С.А., Ро- зумнюк Н.В. Источники псевдозвуковых пуль- саций давления при обтекании сферической лунки // Акустичний вісник. – 2008. – Т. 11, № 3. – С. 27-49. Получено 03.09.2012 г. Висновки 1. Встановлено, що залежно від режиму течії усередині лунки генеруються симетричні та асиметричні квазістійкі великомасштабні вихори. Ці вихори для ламінарного режиму течії, утворюючи аркоподібну вихрову струк- туру, викидаються уздовж серединного пере- різу лунки. Для турбулентної течії асиметрич- ні вихори приймають нахилене положення та викидаються над бічними сторонами кормової стінки лунки. Їх джерело розташовується над протилежними бічними сторонами передньої стінки лунки поблизу її придонної частини. У цьому випадку спостерігається перемикання вихрових структур з одного нахиленого поло- ження щодо напряму течії в протилежне. 2. Частотні і хвильові спектри поля пульса- цій пристінного тиску і поздовжньої швидкос- ті показують, що усередині лунки і в її ближ- ньому сліді спостерігаються домінуючі частот- ні або хвильові компоненти, які відповідають низькочастотним коливанням вихрової течії усередині лунки, частотам викидів і обертання квазістійких вихорів, а також частоті автоко- ливань зсувного шару. 3. Знайдено, що над отвором півсферич- ної лунки взаємні кореляції між поздовжні- ми компонентами швидкості вищі, ніж між пульсаціями тиску та швидкості. Швидкість конвекції корельованих сигналів, які генеру- ють вихрові структури зсувного шару, близька до половини швидкості течії. ЛІТЕРАТУРА 1. Гортышов Ю.Ф., Попов И.А., Олимпиев В.В., Щелчков А.В., Каськов С.И. Теплогидрав- лическая эффективность перспективных спо- собов интенсификации теплоотдачи в каналах теплообменного оборудования. – Казань: Центр инновационных технологий, 2009. – 531 с. 2. Халатов А.А. Теплообмен и гидродинами- ка около поверхностных углублений (лунок). – К.: ИТТФ НАНУ, 2005. – 76 с.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-60262
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	0204-3602
language	Ukrainian
last_indexed	2025-12-07T13:34:10Z
publishDate	2012
publisher	Інститут технічної теплофізики НАН України
record_format	dspace
spelling	Воскобійник, В.А. Воскобійник, А.В. 2014-04-13T16:25:59Z 2014-04-13T16:25:59Z 2012 Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні / В.А. Воскобійник, А.В. Воскобійник // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 6. — С. 7-14. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60262 532.517 Проведено експериментальні дослідження особливостей формування когерентних вихрових структур усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні. Встановлено, що в залежності від режимів течії у лунці генеруються симетричні та асиметричні великомасштабні вихрові структури і дрібномасштабні вихори, які викликають появу дискретних піків у спектрах пульсацій швидкості та тиску на характерних частотах і хвильових числах. Проведены экспериментальные исследования особенностей формирования когерентных вихревых структур внутри полусферической лунки на плоской поверхности. Установлено, что в зависимости от режимов течения в лунке генерируются симметричные и асимметричные крупномасштабные вихревые структуры и мелкомасштабные вихри, которые вызывают появление дискретных пиков в спектрах пульсаций скорости и давления на характерных частотах и волновых числах. Experimental researches of the formation features of coherent vortical structures are conducted inside the hemispherical dimple on a flat surface. It is set that depending on the flow regimes the symmetric and asymmetric large-scale vortical structures and smallscale vortices are generated in the dimple which cause appearance of discrete peaks in the spectra of velocity and pressure fluctuations on characteristic frequencies and wave-numbers. uk Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Тепло- и массообменные процессы Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні Vortical motion inside the semispherical dimple on a flat surface Article published earlier
spellingShingle	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні Воскобійник, В.А. Воскобійник, А.В. Тепло- и массообменные процессы
title	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні
title_alt	Vortical motion inside the semispherical dimple on a flat surface
title_full	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні
title_fullStr	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні
title_full_unstemmed	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні
title_short	Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні
title_sort	вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні
topic	Тепло- и массообменные процессы
topic_facet	Тепло- и массообменные процессы
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/60262
work_keys_str_mv	AT voskobíinikva vihroviiruhuseredinípívsferičnoílunkinaploskíipoverhní AT voskobíinikav vihroviiruhuseredinípívsferičnoílunkinaploskíipoverhní AT voskobíinikva vorticalmotioninsidethesemisphericaldimpleonaflatsurface AT voskobíinikav vorticalmotioninsidethesemisphericaldimpleonaflatsurface

Вихровий рух усередині півсферичної лунки на плоскій поверхні

Репозитарії

Схожі ресурси