Исследование нелинейных механизмов порождения турбулентности в переходном пограничном слое. Возможность создания детерминированной пристенной турбулентности

• Автор: Рощектаев, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 232 с. : ил. + Прил. (1CD, влож. в дис.)

Основные условные обозначения
Глава I. Предшествующие исследования проблемы возникновения
турбулентности в пограничных слоях
* 1.1. Общее описание проблемы
1.2. Стадии перехода к турбулентности
1.2.1. Восприимчивость к внешним возмущениям
1.2.2. Линейная устойчивость
1.2.3. Слабонелинейные взаимодействия волн неустойчивости
1.2.4. Существенно нелинейные стадии перехода
Глава II. Развитие методов исследования нелинейных
стадий перехода

2.1. Малотурбулентная аэродинамическая труба
2.2. Экспериментальная реализация автомодельного течения с постоянным отрицательным параметром Хартри и сравнение с расчётным
2.2.1. Потенциальное течение
2.2.2. Пограничный слой
2.3. Возбуждение трёхмерных волн неустойчивости контролируемого частотно-волнового спектра с помощью модифицированного универсального источника. Схема измерений
2.4. Получение мгновенных пространственных полей
* скорости и завихренности течения и их отображение

2.5. Методы исследования возмущений сплошного спектра
2.5.1. Метод детерминированного шума для изучения
поздних стадий перехода
2.5.2. Метод модельной турбулентности для исследования механизмов порождения пристенной турбулентности
Глава III. Слабонелинейные стадии перехода пограничного слоя с ІІГД. Влияние расстроек по поперечным волновым числам
3.1. Начальные возмущения и режимы измерений
3.2. Субгармонический резонанс волн неустойчивости
3.2.1. Осциллограммы и спектры пульсаций скорости
3.2.2. Собственные функции возмущений
3.2.3. Характеристики трёхмерности
3.2.4. Дабл-экспоненциальное усиление субгармоник
3.2.5. Фазовый синхронизм волн в триплете
3.3. Субгармонические резонансы с расстройкой по поперечным волновым числам
3.3.1. Характеристики субгармоник с расстройками
по поперечному волновому числу
3.3.2. Нарастание амплитуд субгармоник с расстройками. Сопоставление со случаем точного резонанса
3.3.3. Эволюция фаз субгармоник с расстройками и фазовый синхронизм с основной волной неустойчивости
3.3.4. Спектральная ширина резонанса по
поперечным волновым числам
щ Глава IV. Поздние стадии перехода, инициируемого
гармонической волной неустойчивости в пограничном слое с НГД
4.1. Процедура измерений
4.1.1. Модуляция по размаху и спектры возмущений скорости
в начальном сечении
4.1.2. Начальные профили амплитуд и фаз частотных гармоник
по нормали к поверхности
4.1.3. Мгновенные поля начального возмущения скорости
* в пространстве (-/, у, г)
4.2. Формирование шипов и Л-структур
4.2.1. Эволюция осциллограмм и частотных спектров.
Появление шипов во времени и пространстве
4.2.2. Деформация волновых фронтов, появление Л-структур
и слоя сильного сдвига
4.2.3. Форма Л-структуры в пространстве. Сравнение
с пограничным слоем Блазиуса
4.3. Дальнейшая эволюция вихревых структур. Порождение
кольцевых вихрей
4.3.1. Локализация и умножение шипов на
осциллограммах пульсаций
4.3.2. Генерация А-структурами кольцевых вихрей
4.3.2.1. Возникновение локализованных областей низкой мгновенной скорости потока. Связь с шипами
4.3.2.2. Форма кольцеобразных вихрей. Сопоставление со случаем безградиентного пограничного слоя
4.4. Выводы о влиянии градиента давления на
поздние стадии перехода

основной частоте определялись после фурье-преобразования осреднённой реализации. Осциллограммы использовались, затем, для реконструкции мгновенных полей скорости и завихренности течения и их анимации.
Для обработки и визуализации термоанемометрических данных в работе использовались пакеты программ “Microsoft Office” и “Matlab”. Для определения истинного расстояния датчика термоанемометра до стенки проводилась аппроксимация «опорных» профилей средней скорости, измеренных в начале и в конце серии основных измерений (в фиксированном сечении по х) при выключенном источнике возмущений, теоретическим профилем для параметра градиента давления ßH= -0,115. После

аппроксимации теоретический профиль давал экстраполяцию на стенку, положение которой определялось по нулевому значению скорости на экстраполирующем профиле. При измерении основных профилей в присутствие возбуждаемых возмущений, датчик устанавливался в первой точке вблизи стенки также при выключенном источнике и по тому же алгоритму, что при измерении опорных профилей.
При построении пространственной формы вихревых структур использовалась интерполяция данных кубическим сплайном по двум координатам г и у с переходом на эквидистантную пространственную сетку
ф всех соответствующих рисунках, амплитуда пульсаций скорости приведена в
процентах от локальной средней скорости потока на границе пограничного слоя. Отрисовка и анимация пространственной формы структур проводилась с помощью специальных программ, написанных на языках “Visual Basic” в программе “Microsoft Excel” и на языке “Language of Technical Computing Matlab”.