Экспериментальные исследования линейных и кольцевых концентрированных вихрей

• Автор: Ахметов, Дарвин Газизович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 218 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Список основных публикаций автора по теме диссертации
Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЯ ЛИНЕЙНЫХ
КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ВИХРЕЙ
Закрученное течение в вихревой камере
1.1. Время образования концентрированного вихря в замкнутой камере..
1.2. Автоколебания, возникающие при истечении закрученной струи
Частота автоколебаний при истечении закрученной струи
Постановка экспериментов
Результаты экспериментов
1.3. Гидродинамический механизм генерации колебаний при истечении закрученной струи
1.4. Прецессия вихревого ядра в цилиндрических камерах
1.5. Кумуляция завихренности в прямоугольном бассейне с наклонным дном
при резком замедлении вращения
Постановка экспериментов и полученные результаты
Численные расчеты эволюции завихренности при резком замедлении начального вращения бассейна
1.6. Заключение
Глава 2. ГИДРОДИНАМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА КОЛЬЦЕВОГО ВИХРЯ
2.1. Теоретические модели кольцевого вихря
Модели кольцевого вихря в идеальной жидкости
Модель турбулентного кольцевого вихря
2.2. Экспериментальное исследование структуры реального кольцевого вихря
Постановка экспериментов
Методика измерений осесимметричного поля скорости кольцевого
вихря с помощью термоанемометрических датчиков
Тарировка датчиков

Оценки погрешностей измерения поля скорости с помои/ью
термоанемометрических датчиков
Погрешности определения модуля скорости
Погрешности определения проекций скорости
2.3. Поле скорости кольцевого вихря
2.4. Структура линий тока кольцевого вихря
2.5. Завихренность. Ядро вихря. Циркуляция скорости
2.6. Динамические характеристики кольцевого вихря
Импульс и энергия кольцевого вихря
Диссипация энергии кольцевого вихря
Потери энергии при движении кольцевого вихря и хорошо
обтекаемого твердого тела
2.6. Другие исследования структуры кольцевого вихря
2.7. Замечания об экспериментальных методах исследований
поля скорости течений
2.8. Заключение
Глава 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ СЕМЕЙСТВА КОЛЬЦЕВЫХ ВИХРЕЙ,
ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ЗАТОПЛЕННОЙ СТРУИ
3.1. Постановка экспериментов
Генератор кольцевых вихрей
3.2. Критерии, определяющие процесс формирования кольцевого вихря
3.3. Параметры кольцевого вихря
3.4. Методики определения параметров вихревого кольца
3.5. Зависимость параметров вихревого кольца от длины струи
(от продолжительности истечения струи)
О явлении формирования цепочки кольцевых вихрей при больших значениях длины струи
3.6. Зависимость параметров вихревого кольца от числа Рейнольдса струи .
Ламинарные и турбулентные кольцевые вихри
Турбулентность вблизи ядра вихря
3.7. Зависимость параметров кольцевого вихря от угла конусности
внешней поверхности сопла

3.8. Сравнение с экспериментом некоторых выводов теоретических
моделей вихревого кольца
3.9. Заключение
Глава 4. ФОРМИРОВАНИЕ КОЛЬЦЕВОГО ВИХРЯ
4.1. Генерация кольцевого вихря при импульсивном движении круглого диска
4.2. Формирование кольцевого вихря при истечении затопленной струи
Процесс формирования кольцевого вихря при истечении
затопленной струи
4.3. Модель формирования кольцевого вихря
Условие сохранения вихревого импульса
Условие сохранения циркуляции скорости
Геометрическое соотношение
Зависимость радиуса, циркуляции и импульса вихревого кольца
от длины струи
Радиус ядра кольцевого вихря
Поступательная скорость кольцевого вихря
Энергия кольцевого вихря
4.4. Заключение
Глава 5. ПРИМЕНЕНИЕ КОЛЬЦЕВЫХ ВИХРЕЙ ДЛЯ ТУШЕНИЯ
ПОЖАРОВ ГАЗОНЕФТЯНЫХ ФОНТАНОВ
5.1. Возникновение и характеристики мощных газонефтяных фонтанов
5.2. Горение газонефтяных фонтанов. Условия стабилизации и срыва
пламени с горящих струй
5.3. Определение расхода недораширенных газовых фонтанов
по высоте факела
Высота факела при горении нормально расширенной изобарической
газовой струи
Особенности истечения и горения недорасширенной газовой струи
Зависимость высоты факела от расхода недорасширенной
газовой струи

1. 2. АВТОКОЛЕБАНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ИСТЕЧЕНИИ ЗАКРУЧЕННОЙ СТРУИ
При истечении закрученной струи из вихревой камеры возникают колебательные явления, выражающиеся в появлении сильных периодических пульсаций давления и скорости в окружающем струю пространстве [УоппссШ, 1954; СЬапаий, 1963]. Такие явления могут быть использованы в практических целях при создании безрезонаторных генераторов звука, расходомеров [Vonnegut, 1954; СЬапаис!, 1963; Кныш, Лукачев, 1977; Киясбейли, Перельштейн, 1974], но могут оказаться и нежелательными, так как могут приводить к возникновению опасных вибраций при работе гидро и газовых турбин [Курзин, 1993]. Исследование колебаний представляет и значительный научный интерес, поскольку их появление может быть первой стадией на пути перехода к нерегулярному течению. До настоящего времени не существовало однозначного понимания причин возникновения и механизма генерации периодических пульсаций. Существующие гипотезы о механизме автоколебаний [СЬапаий, 1963; Полянский, Скурин, 1993] не были экспериментально подтверждены. Отсутствие адекватного теоретического описания рассматриваемого явления обусловлено сложностью течения из-за его трехмерного нестационарного характера. В связи с этим большое значение приобретают экспериментальные исследования, которые могут дать сведения для построения физических и теоретических моделей. В экспериментах в основном измерялись пульсации давления при истечении закрученного потока из вихревой камеры [СЬапаий, 1963; Кныш, Лукачев, 1977]. Установлено, что в спектре пульсаций имеются пики на ряде частот, среди которых по интенсивности выделяется одна доминирующая частота. Обнаружено, что доминирующая частота изменяется почти пропорционально расходу, причем коэффициенты пропорциональности различны при разных геометрических параметрах камеры.
Частота автоколебаний при истечении закрученной струи.
Ниже приведены результаты исследований зависимости частоты автоколебаний, возникающих при истечении закрученной струи, от расхода струи и геометрических параметров закручивающего устройства [Ахметов, Никулин, 2004]. Особое внимание к определению частоты колебаний обусловлено тем, что наличие столь характерного и ярко выраженного параметра, должно отражать структуру потока и механизм