Экспериментальное исследование возникновения и развития локализованных возмущений в двумерных и трехмерных пограничных слоях и их применение для управления течением

• Автор: Катасонов, Михаил Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 305 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оглавление
Список основных обозначений
Введение
ГЛАВА 1. Методика и методы эксперимента
1.1. Описание аэродинамических установок
1.2. Используемые модели
1.3. Методы создания искусственных возмущений
1.4. Методы регистрации возмущений
1.5. Методика обработки результатов измерений
ГЛАВА 2. Экспериментальное моделирование локализованных
возмущений в пограничном слое Блазиуса
2.1. Состояние исследуемого вопроса
2.2. Введение контролируемых возмущений
2.3. Исследование динамики и развития возмущений в зависимости от типа воздействия (вдув или отсос)
2.4. Влияние размеров источника и скорости внешнего течения
2.5. Моделирование продольных возмущений различной амплитуды
2.6. Моделирование группы продольных полосчатых структур
2.7. Генерация и развитие зарождающихся турбулентных пятен (моделирование вторичной неустойчивости)
2.8. Экспериментальное исследование взаимодействия продольных полосчатых структур с высокочастотным возмущением
2.9. Генерация группы зарождающихся турбулентных пятен
Выводы

ГЛАВА 3. Моделирование полосчатых структур и возникновения
турбулентного пятна в пограничном слое крыла при повышенной
степени турбулентности набегающего потока
ЗЛ. Полосчатые структуры в пограничном слое крыла
3.2. Моделирование полосчатых структур
3.3. Взаимодействие искусственно генерированной полосчатой структуры
с высокочастотным вторичным возмущением
Выводы
ГЛАВА 4. Неустойчивость локализованных возмущений в пограничном

4.1. Состояние вопроса
4.2. Моделирование “пассивных” возмущений в пограничном слое
Блазиуса
4.3. Неустойчивость продольных возмущений в пограничном слое
Блазиуса
4.3.1 Развитие искусственной полосчатой структуры
4.3.2 Пакеты волн Толлмина-Шлихтинга
Выводы
ГЛАВА 5. Исследование развития предвестников фронтов локализованных
возмущений
5.1. Исследование развития предвестников малой амплитуды в пограничном слое Блазиуса
5.2. Предвестники на фронтах продольных структур в пограничном слое прямого крыла
5.2.1. Особенности нестационарных процессов в области фронтов продольных структур в пограничном слое прямого крыла
5.2.2. Влияние градиента давления на развитие предвестников
5.2.3. Эволюция предвестников прямого крыла
5.3. Волновые предвестники продольных структур в пограничном слое скользящего крыла
5.4. Экспериментальное исследование предвестников локализованных возмущений пограничного слоя при повышенной степени турбулентности набегающего потока
Выводы
ГЛАВА 6. Управление развитием возмущений в пограничном слое на плоской пластине
6.1. Методы управления ламинарно-турбулентным переходом, состояние проблемы
6.1.1. Влияние отсоса на устойчивость пограничного слоя
6.1.2. Риблеты
6.1.3. Взаимогашение волн неустойчивости
6.1.4. Использование микроэлектромеханических систем
6.2. Влияние поперечных колебаний поверхности на развитие продольных
"полосчатых" структур и зарождающихся турбулентных пятен
6.2.1. Воздействие поперечных колебаний поверхности на уединенную полосчатую структуру
6.2.2. Эволюция уединенного зарождающегося турбулентного пятна над колеблющейся поверхностью
6.2.3. Воздействие поперечных колебаний поверхности на группу продольных структур и зарождающихся турбулентных пятен
6.3. Управление ламинарно-турбулентным переходом с помощью локализованного вдува и отсоса
6.3.1. "Естественные" условия
6.3.2. Контролируемые условия
6.3.3. Изменение положения отсоса по пространству
6.3.4. Влияние отсоса на развитие вторичной неустойчивости
6.3.5. Изменение длительности отсоса и вдува
Рис.2.2. Визуализация дымом процесса образования высокочастотных волновых пакетов (зарождающихся турбулентных пятен) в естественном переходе на плоской пластине [59]. 7и=1.5%, ио=9 м/с.
Тогда как существование полосок довольно хорошо документировано, их роль в процессе перехода менее ясна. По всей видимости, существует несколько конкурирующих механизмов, которые могут быть ответственны за переход к турбулентности при доминировании одного из них в зависимости от внешних условий. На дымовой визуализации (рис. 2.2) можно видеть, что вытянутые полоски дыма совершают колебания в поперечном направлении непосредственно перед наступлением перехода. Это указывает на присутствие вторичной неустойчивости. Сходные поперечные колебания также наблюдались на последних стадиях докритического перехода в течениях Куэтта и Пуазейля, см. [81], а также в пограничном слое [82]. Развал полосок вторичной неустойчивостью можно сравнить с неустойчивостью вихрей Гертлера на вогнутой поверхности. Следует отметить, что вихри Гертлера представляют собой вихревое движение и содержат заметное движение в направлении нормальном к стенке; наоборот, в полосках V компонента видимо, весьма мала. Однако Боттаро и Клингманн [83], рассмотрев вторичную неустойчивость вихрей Гертлера, обнаружили, что на неустойчивости, связанные с поперечными градиентами, наличие или отсутст-